CD-2913.pdf

I
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y
ELECTRÓNICA
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE
MEZCLA PARA INYECCIÓN DE GAS EN MOTORES DE
COMBUSTIÓN INTERNA A DIESEL”
PROYECTO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE
INGENIERO EN ELECTRONICA Y CONTROL
LUIS ALFONSO RECALDE SEVILLA.
alfonsorecalde_43@hotmail.com
DIRECTOR: DR. LUIS ANÍBAL CORRALES PAUCAR.
luis.corrales@epn.edu.ec
CODIRECTOR: ING. ANGEL ADALBERTO PORTILLA AGUILAR
ahph2001@yahoo.com
Quito, Mayo 2010.
II
DECLARACIÓN
Yo, LUIS ALFONSO RECALDE SEVILLA, declaro bajo juramento que el trabajo
aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para
ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo
establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la
normatividad institucional vigente.
______________________
Luis Alfonso Recalde Sevilla
III
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Luis Alfonso Recalde
Sevilla, bajo nuestra supervisión.
Dr. Luis Corrales
DIRECTOR DEL PROYECTO
Ing. Ángel Portilla
CO-DIRECTOR DEL PROYECTO
IV
AGRADECIMIENTO
A mis padres, a quienes agradezco de todo corazón, por su amor, cariño, apoyo y
comprensión. En todo momento los llevo conmigo.
Agradezco a mis hermanos por la compañía y apoyo que me brindan. Sé que
cuento con ellos siempre.
Agradezco a mi tío Ing. Mario Sevilla Villegas, por su apoyo y amistad sincera que
me ha sabido brindar en el tiempo que lo he conocido.
Agradezco a Dios por llenar mi vida de dicha y bendiciones.
Agradezco a mis amigos por su confianza y lealtad que me brindan.
Agradezco a mis profesores por su disposición y ayuda que me han brindado.
Agradezco a la Empresa Petroecuador y a su filial Petroproducción en especial al
personal de mantenimiento del bloque 27 que de una u otra forma, colaboraron y
participaron en la realización de esta investigación, hago extensivo mi más
sincero agradecimiento.
V
DEDICATORIA
A DIOS:
Dedico este proyecto y toda mi carrera universitaria por ser quien ha estado a mi
lado en todo momento dándome las fuerzas necesarias para continuar luchando
día tras día y seguir adelante rompiendo todas las barreras que se me presenten.
A mis Padres
OSWALDO ALFONSO RECALDE Y LIGIA BEATRIZ SEVILLA.
Porque que siempre me ha entregado amor, confianza y libertad para obtener un
desarrollo como ser humano y profesional.
VI
CONTENIDO
DECLARACIÓN ........................................................................................................ II
CERTIFICACIÓN ...................................................................................................... III
AGRADECIMIENTO ................................................................................................. IV
DEDICATORIA .......................................................................................................... V
PRESENTACIÓN ...................................................................................................... X
RESUMEN ............................................................................................................... XII
CAPITULO 1 .................................................................................................................. 1
ESTUDIO DE LA TECNOLOGÍA DE LOS MOTORES DIESEL DE COMBUSTIÓN INTERNA ...... 1
1.1 ANALISIS DEL FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR...................................................... 1
1.2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL .......................................... 2
1.2.1 TIEMPO DE ADMISIÓN ................................................................................................. 2
1.2.2 TIEMPO DE COMPRESIÓN........................................................................................... 4
1.2.3 TIEMPO DE POTENCIA O EXPLOSIÓN ...................................................................... 5
1.2.4 TIEMPO DE ESCAPE ..................................................................................................... 6
1.3 COMPONENTES MECÁNICOS GENERALES DEL MOTOR .......................................... 7
1.4 COMPONENTES DE ENTRADA DEL MOTOR ................................................................ 8
1.4.1 AIRE ................................................................................................................................. 8
1.4.1.1 Sistema de Ingreso de Aire ..................................................................................................... 9
1.4.1.2 Restricción de aire .................................................................................................................. 9
1.4.1.3 Filtros de Aire ....................................................................................................................... 10
1.4.1.5 Turbo Compresor de Aire ..................................................................................................... 11
1.4.2 COMBUSTIBLE ............................................................................................................. 12
1.4.2.1 Sistema básico de inyección diesel ....................................................................................... 12
1.4.2.2 Tubos de combustible ........................................................................................................... 14
1.4.2.3 Sensor y separador de agua del combustible ........................................................................ 14
1.4.2.4 Filtro de combustible ............................................................................................................ 14
1.4.2.5 Bomba de suministro de combustible ................................................................................... 15
1.4.2.6 Presurizar el combustible ...................................................................................................... 16
1.4.2.7 Regulación de la velocidad del motor de un grupo electrógeno Caterpillar ......................... 16
1.4.2.8 Porta inyectores y toberas ..................................................................................................... 17
1.4.2.9 Inyectores de combustible .................................................................................................... 18
1.5 COMPONENTES DE SALIDA ............................................................................................ 19
1.5.1 ENERGÍA MECÁNICA .................................................................................................. 19
1.5.2 CALOR Y GASES DE COMBUSTIÓN .......................................................................... 20
1.5.2.1 Toxicidad de los gases de escape de los motores de combustión interna ............................. 21
1.6 COMPONENTES AUXILARES .......................................................................................... 22
1.6.1 LUBRICACIÓN.............................................................................................................. 22
1.6.2 REFRIGERACIÓN ........................................................................................................ 23
1.6.3 ENERGÍA ELÉCTRICA ................................................................................................. 25
1.6.3.1 Sistema de arranque .............................................................................................................. 25
1.6.3.1.2 Motor de arranque ........................................................................................................ 26
1.6.3.2 El Alternador ........................................................................................................................ 27
VII
1.7 CARACTERÍSTICAS NORMALES DE FUNCIONAMIENTO DE UN GRUPO
ELECTRÓGENO CATERPILLAR ............................................................................................ 28
1.7.1 CARACTERÍSTICAS DE VIBRACIÓN EN UN MOTOR DIESEL ................................ 30
1.7.1.1 Frecuencia de la vibración .................................................................................................... 30
1.7.1.2 Desplazamiento de la vibración ............................................................................................ 31
1.7.1.3 Velocidad de la vibración ..................................................................................................... 31
1.7.1.4 Aceleración de la vibración .................................................................................................. 32
1.7.1.5 Orden de la vibración............................................................................................................ 33
1.7.1.6 Causas de la vibración ......................................................................................................... 33
1.7.1.7 Pautas del nivel de vibración ................................................................................................ 34
1.7.1.8 Puntos de medición de la vibración ...................................................................................... 35
1.9 GENERACION DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL BLOQUE 27 .................................... 35
1.9.1 CONSUMO DE DIESEL PARA GENERACIÓN ........................................................... 36
1.10 ESTUDIO DEL GAS ASOCIADO DEL BLOQUE 27 ...................................................... 37
1.10.1 PRODUCCIÓN DE GAS EN LA PLANTA EPF Y EN CADA UNA DE LAS
LOCACIONES DE PRODUCCIÓN ....................................................................................... 37
1.10.2 CARACTERÍSTICAS DEL GAS ASOCIADO DEL BLOQUE 27 ................................ 38
1.11 ANALISIS DE EFECTOS POR SUBSTANCIAS DETECTADAS EN EL GAS FRENTE
AL HIERRO AL CARBON ........................................................................................................ 41
1.11.1 SUBSTANCIAS PERJUDICIALES DETECTADAS EN EL GAS NATURAL .............. 41
1.11.2 LÍMITES DE CONCENTRACIONES DE CO2............................................................ 44
1.11.3 PROCESOS DE TRATAMIENTO DEL GAS ASOCIADO ........................................... 45
1.11.3.1 Endulzamiento del gas natural ............................................................................................ 45
1.11.3.2 Deshidratación del gas natural ............................................................................................ 47
1.12 EFECTOS AMBIENTALES DEL USO DEL GAS NATURAL ........................................ 48
1.12.1 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES DEL USO DEL GAS NATURAL ..................... 49
1.12.2 PROTECCIÓN DEL ENTORNO ................................................................................. 50
CAPITULO 2 ................................................................................................................ 52
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA BI-FUEL GAS-DIESEL PARA UN MOTOR
DIESEL DE COMBUSTIÓN INTERNA UTILIZADO EN GENERADORES DE ENERGÍA
ELÉCTRICA.................................................................................................................. 52
2.1 DESCRIPCION GENERAL.................................................................................................. 52
2.2 HARDWARE DEL SISTEMA BI-FUEL.............................................................................. 54
2.2.1 EQUIPAMIENTO BÁSICO: .......................................................................................... 55
2.2.2 LINEA DE GAS (tubería) ............................................................................................... 58
2.2.2.1 Ecuación de Weymouth. ....................................................................................................... 58
2.2.2.2 Calculo del espesor de la tubería................................................................................ 62
2.3.2.2.1 Requerimientos y Normas ............................................................................................. 62
2.3.2.3 Norma ANSI B 31.3 ............................................................................................................. 63
2.2.2.3 Norma ANSI B31.8 ............................................................................................................. 64
2.2.3 VÁLVULA MANUAL DE BOLA .................................................................................... 66
2.2.4 VÁLVULA SOLENOIDE NORMALMENTE CERRADA ............................................... 66
2.2.5 FILTRO DE GAS NATURAL ......................................................................................... 67
2.2.6 VALVULA REGULADORA DE PRESIÓN .................................................................... 68
2.2.6.1 Operación de la válvula de regulación automática ............................................................... 68
2.2.6.2 Características de la válvula ................................................................................................. 70
2.2.6.3 Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento .................................................. 70
2.2.7 VÁLVULA CONTROLADORA DE FLUJO ................................................................... 70
2.2.7.1 Tamaño de la válvula (Cv) .................................................................................................... 71
2.2.8 TRANSDUCTOR FISHER I2P-100 ....................................................................................... 72
2.2.9 INDICADOR DE PRESIÓN........................................................................................... 72
VIII
2.2.10 TRANSMISOR DE PRESIÓN ...................................................................................... 73
2.2.11 SENSOR DE TEMPERATURA .................................................................................... 73
2.2.12 TRANSMISOR INDICADOR DE TEMPERATURA .................................................... 73
2.2.13 TRANSMISOR DE VIBRACIÓN .................................................................................. 74
2.2.14 INTERFACE HOMBRE MÁQUINA HMI .................................................................... 74
2.2.15 CONTROLADOR ......................................................................................................... 74
2.2.15.1 Determinación de los requerimientos para el controlador .................................................. 75
2.2.15.2 Características del Micrologix SLC 500/04 ........................................................................ 76
2.2.15.4 Conexiones al PLC ............................................................................................................. 76
2.2.15.5 Señales al PLC .................................................................................................................... 78
2.3
DESARROLLO DEL SOFTWARE DEL SISTEMA BI-FUEL .................................... 79
2.3.1 PRINCIPALES CARACTERISTICAS DEL SISTEMA ................................................... 79
2.3.2 MANUALES DE PROGRAMAS UTILIZADOS ............................................................. 80
2.3.2. 1 Introducción a RSLOGIX 500 ............................................................................................ 80
2.3.2.1.1 Configuración del autómata y las comunicaciones ...................................................... 83
2.3.2.1.2 Edición de un programa Ladder .................................................................................. 84
2.3.2.1.4 Descarga del programa ............................................................................................... 89
2.3.2. 1 Introducción a PanelBuilder ............................................................................................... 93
2.3.2.1.1 Creación de un nuevo proyecto en Panelbuilder32 ...................................................... 94
2.3.2.1.2 Edición de Tags enlazados con el PLC ........................................................................ 95
2.3.2.1.3 Compilación del proyecto ............................................................................................. 97
2.3.2.1.4 Almacenaje y puesta en funcionamiento del proyecto al Panel View 500 .................... 97
2.3.3 DIAGRAMA DE FLUJO DEL SOFTWARE DEL CONTROLADOR ............................ 98
2.3.3.1 Programa principal: .............................................................................................................. 98
2.3.3.2 Subrutina 1 (control on/off del sistema) ............................................................................... 99
2.3.3.3 Subrutina 2 (medición de variables) ................................................................................... 100
2.3.3.4 Subrutina 3 (Test de alarmas) ............................................................................................. 101
2.3.3.4 Subrutina 4 (Apertura y control de válvulas) ...................................................................... 104
2.3.4 PROGRAMACIÓN DEL HMI ...................................................................................... 113
2.3.4.1 Funciones de la HMI .......................................................................................................... 113
2.3.4.2 Ventanas del software del HMI ................................................................................. 113
CAPITULO 3 .............................................................................................................. 122
PRUEBAS Y RESULTADOS.......................................................................................... 122
3.1 PRUEBAS BASADAS EN EL SOFTWARE CAT ET...................................................... 122
3.1.1 TABULACIÓN DE RESULTADOS .............................................................................. 123
3.1.2 ANÁLISIS DE AHORRO DE DIESEL Y UTILIZACIÓN DEL GAS ASOCIADO........ 124
3.1.2 CÁLCULO DEL ERROR DEL AHORRO DE DIESEL ESPERADO Y REAL ............. 125
3.2 PRUEBA DE IMPLEMENTACIÓN................................................................................... 126
3.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL GAS ........................................................................ 128
CAPITULO 4 .............................................................................................................. 129
ANALISIS DE COSTOS DEL MODELO DISEÑADO E IMPLEMENTADO ............................ 129
4.1 ESTIMACIÓN DE COSTOS .............................................................................................. 129
4.1.2 COSTOS DEL SISTEMA DE TUBERÍAS PARA TRANSPORTE DE GAS .................. 129
4.1.3 COSTOS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y TABLERO DE CONTROL 131
4.1.2 Análisis de Costo de Operación ................................................................................... 132
4.2 INGRESO ANUAL JUSTIFICADO EN AHORRO DE DIESEL ..................................... 132
4.3 FLUJO DE FONDOS PURO ............................................................................................... 133
4.4 ANÁLISIS BENEFICIO/COSTO (RCB) ........................................................................... 135
CAPITULO 5 .............................................................................................................. 137
IX
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................... 137
5.1 CONCLUSIONES ............................................................................................................... 137
5.2 RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 138
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 141
ANEXOS ................................................................................................................ 142
PROGRAMA LADER DEL PLC ALLEN BRADLEY ............................................................ 142
HOJAS TECNICAS DE LOS INSTRUMENTOS, VAVULAS Y EQUIPOS .......................... 154
HOJAS DEL ANÁLISIS CROMATOGRÁFICO DEL GAS DEL BLOQUE 27 ..................... 176
DIAMETRO EXTERIOR Y PESO TEORICO DE TUBOS DE ACERO SEGUN ASTM A-53
................................................................................................................................................... 185
X
PRESENTACIÓN
El presente trabajo parte de un estudio de las características físico - químicas del
gas asociado, producido en las estaciones del Bloque 27 de Petroproducción, con
el objetivo de captarlo y optimizarlo para que se queme (86% a 98% del volumen
producido, respectivamente), en las mismas estaciones. El propósito es usarlo
como combustible en una planta de generación eléctrica que utiliza la potencia
mecánica generada en motores de combustión interna Caterpillar, los cuales
deberán ser adaptados con tecnología
para operar con dos combustibles
gas/diesel, al mismo tiempo.
Para descubrir lo que se ha realizado, este trabajo está desarrollado en cinco
capítulos que son: Estudio de la tecnología los motores diesel de combustión
interna, Diseño e implementación de un sistema BI-FUEL para un motor diesel de
combustión interna utilizado en generadores de energía eléctrica, pruebas y
resultados,
Análisis
de
costos
del
modelo
diseñado
e
implementado,
Conclusiones y Recomendaciones.
CAPÍTULO 1: El objetivo de este capítulo es aprender de los motores de
combustión interna diesel y los sistemas que lo componen. Por lo tanto, trata
temas básicos para entender que es un motor a través del estudio de las partes
que lo componen y sus funcionamientos. Se cubre además los sistemas de
lubricación, escape, regulación de velocidad y sus protecciones. Por otro lado,
este capítulo está orientado a una visualización global de la cantidad, capacidad y
consumo de combustible de los grupos electrógenos instalados en el campo del
bloque 27 de Petroproducción, así como la calidad del gas mediante una
descomposición química por medio de un análisis cromatográfico.
CAPITULO 2: El objetivo de este capítulo es presentar el diseño e
implementación de un sistema BI-FUEL que permite la operación de un motor a
diesel (parte de un grupo electrógeno) con una mezcla de combustible diesel y
XI
gas. Esto se logra mediante el uso de la instrumentación, actuadores y control
necesario que buscan realizar una mezcla óptima de gas natural y aire sin
pérdida de energía o eficiencia en el motor, todo esto mediante la utilización de
un Sistema Dinámico de Control que puede responder en tiempo real a las
variaciones de carga del motor.
CAPÍTULO 3: El objetivo de este capítulo es determinar el resultado del
funcionamiento del sistema BI-FUEL. Por lo tanto, expone las pruebas realizadas
del sistema piloto implementado y funcionando en el generador número 8 de la
Planta EPF, de las pruebas se busca realizar una correcta evaluación del sistema
que aquí se propone.
CAPÍTULO 4: El objetivo de este capítulo es realizar un análisis global de costos
del proyecto, con el propósito de presentarlo como una alternativa económica de
inversión de capital basada en indicadores económicos y financieros.
CAPITULO 5: El objetivo de este capítulo es resumir el proyecto, de modo
cuantitativo y cualitativo, extrayendo conclusiones y recomendaciones, basadas
en los resultados de las pruebas realizadas en el desarrollo del proyecto.
ANEXOS. Se incluye documentación tomada de las bibliografías utilizadas para el
desarrollo de presente trabajo, que hacen posible algunos de los cálculos
presentados.
XII
RESUMEN
El objetivo de este proyecto es aprovechar el gas asociado a la producción de
petróleo del bloque 27, operado por PETROPRODUCCIÓN, como gas
combustible en grupos electrógenos Caterpillar, en los cuales se hizo posible la
combustión y combinación al mismo tiempo, de dos combustibles: diesel y gas.
Esto posibilitará generar energía eléctrica para cubrir una demanda de
aproximadamente 2,7 MW, para los próximos años de explotación del campo
mencionado.
El sistema implementado permite una supervisión, control manual y automático
del sistema de mezcla de gas y diesel que son inyectados como combustible de
un motor diesel, sin necesidad de hacer paros forzosos y modificaciones
irreversibles al sistema original.
El sistema está conformado por un PLC que se encarga de recibir y enviar las
señales del sistema, y a su vez se comunica con una HMI desde donde el
operador podrá visualizar y manipular el proceso. La HMI incluye advertencias y
bloqueo de operaciones indebidas.
Para brindar protección y seguridad al operador así como a la planta se propone
la compra de instrumentos, instalación y montaje con las normas manejadas en la
industria petrolera.
Las pruebas realizadas mostraron que la cantidad y calidad del gas producidos
en el Bloque 27 de Petroproducción sin realizarlo un buen tratamiento puede
aprovecharse para obtener el 25% del calor útil necesario para generar 3,77 MW
continuos de potencia eléctrica, que representa un ahorro de 1205 galones de
combustible líquido (Diesel), por día. Cantidad que hace posible justificar la
inversión inicial que es relativamente alta, en el corto plazo (5 años), con una tasa
interna de retorno del 92 %.
1
CAPITULO 1
ESTUDIO DE LA TECNOLOGÍA DE LOS MOTORES
DIESEL DE COMBUSTIÓN INTERNA
Este proyecto tiene como objetivo presentar una propuesta
amigable con el
medio ambiente y económica con la Empresa, la cual consiste en usar un gas
asociado a la producción de crudo como un porcentaje del combustible necesario
para generar 2,6 MW de energía eléctrica en el Bloque 27 de Petroproducción por
medio de grupos electrógenos diesel, razón por la cual se empieza con el estudio
de la tecnología básica de los motores diesel.
1.1 ANALISIS DEL FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR
Un motor es una máquina que transforma la energía química presente en los
combustibles, en energía mecánica disponible en su eje de salida. En una
representación en diagrama de bloques (ver Figura 1.1) se tiene como entradas:
aire, combustible y el aporte de sistemas auxiliares necesarios para el
funcionamiento que son los sistemas de lubricación, refrigeración y energía
eléctrica; en el interior del motor, sistema de distribución, mecanismos pistónbiela-manivela y como producto de salida final se tendría la energía mecánica
utilizable, además gases de la combustión y calor cedido al medio.
Figura 1.1Diagrama de bloques de un motor
2
1.2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL
Los componentes principales, necesarios para llevar a cabo los procesos de
combustión, son: el bloque motor, culata del cilindro, biela, cigüeñal, conjunto de
tren de válvulas y volante. El bloque es el elemento estructural principal en el que
se alojan o se fijan sus componentes. El bloque que proporciona la forma básica
del cilindro, en cuya parte superior se encuentra la culata del cilindro que contiene
las válvulas de admisión y escape, inyector y árbol de levas.
El pistón es la única pieza del área de combustión designada para moverse
cuando se produce la combustión. Cuando sube y baja por el interior del cilindro,
debe mantener un ajuste perfecto con sus paredes, y al mismo tiempo, moverse
con menor fricción posible.
Estos son los principales componentes del motor diesel de cuatro tiempos o
carreras. Cada tiempo corresponde con un movimiento del pistón entre el PMI y el
PMS. Los cuatro tiempos se producen en el siguiente orden: admisión,
compresión, combustión y escape. A continuación se explica los cuatro tiempos.
1.2.1 TIEMPO DE ADMISIÓN
El tiempo de admisión de diesel empieza como muestra la Figura 1.2 con la
válvula de admisión abierta. El pistón se mueve hacia abajo del barreno debido a
la rotación del cigüeñal. (La energía requerida para mover el pistón del punto
muerto superior al punto muerto inferior viene ya sea del volante o de tiempos de
potencia traslapadas en un motor de cilindros múltiples).
Durante su movimiento hacia abajo, el pistón crea una región de baja presión en
el área arriba del pistón (cuando el volumen en el cilindro aumenta, la presión
disminuye). Debido a que la presión atmosférica es mayor que la presión en el
cilindro, el aire se precipita en el cilindro para llenar el espacio dejado por el
movimiento hacia abajo del pistón. Dicho de manera simple, el pistón intenta
absorber un volumen de aire igual a su propio desplazamiento.
3
Durante el tiempo de admisión del motor Diesel, el único material que ingresa al
interior del cilindro es aire. No existe placa de mariposas, así que el cilindro se
llena completamente con aire a la presión del múltiple de admisión. En algunos
motores Diesel, la presión es alta debido al uso de un turbo cargador para la
inducción de aire forzado. Si permanecen gases de la combustión en el cilindro
del ciclo anterior, el aire se mezcla con ellos. Es muy importante el flujo de aire sin
restricción para el desempeño del motor Diesel. Para mantener la alta compresión
necesaria para producir temperaturas de combustión aceptables. El motor Diesel
requiere una cantidad enorme de aire. Cualquier restricción del flujo de aire puede
ser perjudicial para el desempeño del motor.
Ref.
1
2
3
4
5
Descripción
Inyector de combustible
Cigüeñal
Válvula de admisión (Abierta)
Múltiple de admisión
Filtro de aire
Figura 1.2 Tiempo de admisión del motor diesel
Cuando el pistón alcanza el punto muerto inferior, invierte su dirección. Entonces
se cierra la válvula de admisión, sellando el cilindro lleno de aire y empieza el
tiempo de compresión.
4
1.2.2 TIEMPO DE COMPRESIÓN
El segundo tiempo en el ciclo de cuatro tiempos es el tiempo de compresión.
Cuando el pistón pasa el punto muerto inferior (su punto más bajo de movimiento)
y empieza a subir nuevamente, empieza el tiempo de compresión como muestra
la Figura 1.3, la válvula de admisión se cierra y la válvula de escape permanece
cerrada. El aire en el motor se comprime ahora a un volumen muy pequeño en la
parte superior del cilindro.
La compresión del aire es muy importante para desarrollar temperaturas lo
suficientemente altas para encender el combustible y finalmente desarrollar
potencia. Justo antes de que el pistón alcance el punto muerto superior del tiempo
de compresión, el inyector de combustible libera un rocío fino de combustible en
la cámara de combustión.
Ref.
1
2
3
4
Descripción
Inyector de combustible
Válvula de escape (cerrada)
Cigüeñal
Válvula de admisión (cerrada)
Figura 1.3 Tiempo de compresión del motor diesel
La temperatura en el cilindro enciende el combustible de manera que estará ya en
progreso el quemado cuando empiece el tiempo de potencia. La idea es hacer
que el punto de presión máxima en el cilindro se produzca en un punto
5
ligeramente después de que el pistón alcance el punto muerto superior, de
manera que el pistón pueda empujarse hacia abajo con la mayor fuerza.
Rango de temperatura de compresión: En los cilindros de un motor Diesel las
temperaturas de compresión son muy altas. Esto es necesario para producir
temperaturas de alta compresión para el encendido del combustible. Las
temperaturas de compresión del cilindro en un motor Diesel pueden alcanzar más
de 556°C (1000°F).
1.2.3 TIEMPO DE POTENCIA O EXPLOSIÓN
El tiempo de potencia o de explosión del motor Diesel es muy parecido a la del
motor de gasolina. Cuando el combustible se enciende durante el final del tiempo
de compresión, empieza a quemarse. Esto no es una explosión, sino un proceso
de combustión lenta. Cuando el combustible se quema como muestra la Figura
1.4, ocasiona un aumento rápido de la presión en el cilindro. Este aumento de
presión empuja hacia abajo la parte superior del pistón.
Ref.
1
2
Descripción
Cigüeñal
Inyector de combustible
Figura 1.4 (Tiempo de explosión del motor diesel)
Esta irrupción de potencia se transfiere al cigüeñal y se mide en caballos de
fuerza y torsión. Relaciones de potencia e inyección de combustible.
6
El motor Diesel obtiene su aumento de potencia de un aumento del combustible.
El motor tiene un flujo constante de aire. Debido a que la admisión de aire no es
restringida, los cilindros reciben la misma cantidad de aire de manera consistente.
Por lo tanto, para aumentar la salida de potencia del motor, debe inyectarse más
combustible a los cilindros. Eficiencia térmica: El proceso de combustión interna
produce calor y el calor es una forma de energía. Mucho de este calor puede
desperdiciarse y disiparse a través de los sistemas de enfriamiento y escape. La
capacidad de un motor para usar efectivamente esta energía de calor se conoce
como eficiencia térmica. Debido a que el proceso de combustión del motor Diesel
requiere calor para el encendido, su eficiencia térmica es mayor que la de un
motor de gasolina. En un motor Diesel se desperdicia y se disipa menos energía
de calor a través de los sistemas de enfriamiento y de escape, y se recicla más
para usarse en el proceso de combustión.
1.2.4 TIEMPO DE ESCAPE
El tiempo de escape es igual en los motores de gasolina y en los motores diesel
como muestra la Figura 1.5.
Ref.
1
2
3
4
Descripción
Válvula de escape (Abierta)
Cigüeñal
Válvula de admisión (Cerrada)
Inyector de combustible
Figura 1.5 Tiempo de escape del motor diesel
7
La válvula de escape se abre cuando la rotación del cigüeñal empuja el pistón
hacia arriba en el cilindro. Esto fuerza los gases quemados hacia afuera a través
del puerto de escape. Cuando el pistón se acerca al punto muerto superior, la
válvula de admisión se abre nuevamente y el ciclo se vuelve a repetir. La válvula
de escape se cierra poco tiempo después de que el pistón inicia su movimiento
hacia abajo. El tiempo de escape no produce trabajo, pero gasta una cantidad de
energía para empujar los gases de escape fuera del cilindro.
El motor Diesel es esencialmente una máquina de respiración. Usa un volumen
muy alto de aire para operar y gasta un volumen muy alto de escape.
1.3 COMPONENTES MECÁNICOS GENERALES DEL MOTOR
La Figura 1.6 muestra las partes principales que componen un motor de
combustión interna en su parte interior, las cuales son:
Figura 1.6 Partes de un motor de combustión Interna
8
Bloque de cilindros: El bloque de cilindros es una pieza fundida donde se
encuentran distribuidos los cilindros (cuatro en el motor de la Figura 1.6). Los
cilindros son unos orificios en cuyo interior se desplazan los pistones y su
principal función es la de recibir el aire, comprimirlo, recibir el combustible y
combustionarlo, generando la fuerza que se ha de transmitir por el eje del motor.
Cárter de Aceite: El cárter es una bandeja ubicada en la parte inferior del bloque
de cilindros y su función principal es la de servir como cierre inferior y depósito del
aceite.
Culata: La culata es la pieza ubicada en la parte superior del bloque de cilindros.
Es la tapa de todos los cilindros. Allí se ubican los inyectores, las válvulas de
admisión y de escape, y los conductos de entrada y salida de gases:
Gases de entrada: Aire.
Gases de salida: Los gases-residuo de la combustión (CO, CO2, O2, HC)
Por otro lado se tiene el mecanismo Pistón - Biela - Cigüeñal:
Pistón: Es el elemento que se desplaza en movimientos ascendentes y
descendentes dentro de cada uno de los cilindros. Comunica la fuerza que
produce la combustión a la biela, quien a su vez se la transmite al cigüeñal.
Biela: Es un brazo que transmite el movimiento ascendente y descendente del
pistón al cigüeñal.
Cigüeñal: Es un eje con varios codos en forma de manivela, que recibe el
movimiento
ascendente
y
descendente
de
los
conjuntos
biela-pistón,
contribuyendo así entre todos (cuatro en el ejemplo) al mismo movimiento
giratorio del eje.
1.4 COMPONENTES DE ENTRADA DEL MOTOR
1.4.1 AIRE
Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre, que
permanecen alrededor de la Tierra por la acción de la fuerza de gravedad. El aire
es esencial para la vida en el planeta, es particularmente delicado y está
compuesto en proporciones ligeramente variables por sustancias tales como el
nitrógeno (78%), oxígeno (21%), vapor de agua (variable entre 0-7%), ozono,
9
dióxido de carbono, hidrógeno y algunos gases nobles como el criptón o el argón,
en un porcentaje del 1%..
1.4.1.1
.1.1 Sistema de Ingreso de Aire
A
Está conformado por las siguientes
siguientes partes como se muestra en la Figura
F
1.7:
El sistema de admisión consiste de una caja de filtros (si se utiliza), elemento
filtrante, tubería y conexiones al múltiple de admisión o turbo cargador. Un
sistema de filtrado efectivo provee al motor aire limpio con una restricción mínima,
separando del aire los materiales finos como el polvo, arenas, etc. También debe
permitir la operación del motor por un período de tiempo razonable antes de
requerir servicio. Un sistema de filtrado ineficiente afectará de manera adversa el
desempeño, las emisiones y la
l vida útil del motor.
Figura 1.7 Partes del
el múltiple de admisión de aire
1.4.1.2 Restricción de aire
El vacío excesivo del lado de entrada del turbocompresor (o de admisión de aire
de los motores de aspiración natural) puede resultar en menor potencia y
rendimiento del motor.
La restricción de aire de admisión también es un parámetro crítico de las
emisiones declarado para obtener la certificación de obras EPA (United States
10
Environmental Protection Agency). Por tanto, la restricción total del sistema de
admisión de aire (incluyendo filtros sucios, conductos, respiraderos, silenciadores,
etc.) está limitada dependiendo del modelo del motor, la clasificación y la
configuración del sistema de aire. Los límites de restricción de admisión de aire
para los motores Caterpillar pueden encontrarse en el Apéndice de Información
Técnica o en Información de Mercadotecnia Técnica (TMI).
Para maximizar la vida útil del filtro de aire es importante mantener la restricción
total del conducto por debajo de dos pulgadas de agua (2 in de H2O). Cada
restricción adicional causada por el sistema de admisión de aire disminuye la vida
útil del filtro de aire. La vida útil máxima del filtro depende parcialmente del
diferencial de presión absoluta entre la entrada al compresor del turbocompresor y
la atmósfera.
1.4.1.3 Filtros de Aire
Las cajas de filtros de aire de tipo seco son recomendados para los motores
grandes debido a su tamaño, eficiencia y largos intervalos de mantenimiento.
Filtran el aire a través de un elemento filtrante reemplazable construido con un
material de alta calidad.
Figura 1.8 Filtro y flujo de aire
Las cajas de filtros son dimensionadas de acuerdo a los requerimientos de flujo
de aire y periodos de mantenimiento deseados. El flujo de aire a máxima potencia
11
y velocidad nominal para cada modelo de motor se verifica en las Curvas de
Desempeño del motor.
Para que el motor tenga una vida útil satisfactoria, el elemento filtrante debe tener
una efectividad del 99.9 % al retener las partículas de suciedad del aire. Filtros del
tipo húmedo tienen una efectividad del 95% y no son recomendados. Para
motores que se encuentran a la intemperie y/o en ambientes sucios, se
recomienda utilizar cajas de filtros de dos pasos con prelimpiadores y elementos
de seguridad.
Cajas de filtros con un solo elemento, sin elementos de seguridad o
prelimpiadores pueden usarse en motores instalados en un cuarto o en ambientes
relativamente libres de polvo, como los motores marinos y algunas plantas de
generación. Todas las cajas de filtros usadas fuera de un cuarto deben estar
equipadas con mallas de protección para prevenir la entrada de roedores o
insectos que pudieran dañar el papel de los filtros.
1.4.1.5 Turbo Compresor de Aire
Existen distintas formas de sobrealimentar un motor, pero en la actualidad, en los
grandes motores diesel de 2 y 4 tiempos, se utiliza los turbocompresores.
Figura 1.9 Turbocompresor
12
Estos suministran al motor aire a una presión elevada, forzando la entrada en los
cilindros de una cantidad mayor de aire, que queda disponible para la combustión.
Un turbo alimentador de gas de escape está impulsado, como su nombre indica,
por el gas de escape del motor. Este gas, a una temperatura próxima a los 600°C,
es dirigido a alta velocidad hacia los álabes de una turbina que impulsa un rotor
del compresor instalado en el mismo eje. Cuando gira, el rotor aspira el aire del
ambiente a través de un filtro-silenciador, lo comprime y a través de un pos
enfriador, lo envía a la entrada de aire del motor, desde donde pasa a los
cilindros.
Uno de los problemas del turbo es el funcionamiento a bajo régimen del motor. El
turbocompresor, responderá a las exigencias de carga del motor reaccionando al
flujo de gases de escape. Al aumentar el rendimiento del motor, aumenta el flujo
de gases y con ello la velocidad y el rendimiento del conjunto rotatorio,
aumentando la capacidad del compresor. Pero esto no ocurre en regímenes
bajos. Para solucionarlo, se están aplicando turbinas de admisión variable, con lo
que mejoran los valores de par y potencia y la respuesta a cualquier régimen del
motor.
1.4.2 COMBUSTIBLE
El combustible es líquido gasoil conocido como diesel que procede del grupo de
destilados medios, que tiene propiedades y características diferentes que la
gasolina. La calidad del gasoil influye considerablemente en el rendimiento del
motor. Es necesario conocer las características del gasoil para diagnosticar con
precisión el rendimiento del motor.
El gasoil se divide en dos categorías el tipo de Grado 1-D y el Grado 2-D. El
primero (Grado 1-D) es un combustible de tipo queroseno que tiene una menor
viscosidad, mayor volatilidad, menor contenido de parafina y menor poder calórico
por litro de gasoil que el de Grado 2-D.
1.4.2.1 Sistema básico de inyección diesel
Este sistema es de vital importancia para el buen funcionamiento del motor, ya
que bombea el combustible cargado en el depósito o tanque de combustible hasta
la bomba de inyección propiamente dicha en los motores diesel.
13
Existen muchos sistemas de inyección diesel, pero todos ellos comparten la
mayoría de las características. Los componentes de un sistema de inyección
típico son (ver Figura 1.10): el tanque de combustible y unidad de captación,
separador de agua del combustible, bomba de suministro de combustible, filtro de
combustible,
calentador de combustible, bomba de inyección de combustible y
toberas de inyección.
Figura 1.10 Sistema básico de inyección de combustible
Flujo del combustible a través del sistema de inyección diesel: El combustible
almacenado en el tanque es aspirado a través de la unidad de captación por una
bomba de suministro de combustible.
El combustible atraviesa un separador agua-combustible hasta la bomba de
suministro. Desde allí, pasa por un calentador de combustible (opcional), luego
por un filtro hasta la bomba de inyección. Esta bomba presuriza el combustible a
una presión alta y lo lleva hasta la tobera en el momento adecuado. La tobera
atomiza y pulveriza el combustible en la cámara de combustión. El exceso de
combustible bombeado por la bomba de transferencia enfría y lubrica la bomba y
la tobera de inyección. Este combustible, llamado combustible de retorno, o
desbordamiento, es devuelto al tanque a través del conducto de retorno de
14
combustible. El sistema de combustible también impide que entre aire en el
sistema, controlando una de las razones de un mal funcionamiento.
1.4.2.2 Tubos de combustible
Los tubos de combustible sirven para transportar el combustible sin fugas ni
entrada de aire y se dividen en dos tipos:
•
Baja presión
•
Alta presión
Los tubos de baja presión transportan el combustible a la bomba de inyección y
se utilizan para devolver al tanque el combustible sobrante de la bomba y toberas
de inyección. Los tubos de alta presión transportan el combustible presurizado
desde la bomba de inyección a las toberas. En este caso, la presión del tubo
puede ser de hasta ciento treinta mil kilo pascales (130 000KPa).
Fuente: An Introduction to compact and Automotive Diesel by Ralbovsky
1.4.2.3 Sensor y separador de agua del combustible
El separador de agua de combustible (AC) (a veces llamado sedimentador) suele
montarse entre el tanque de combustible y el filtro. Su propósito es eliminar el
agua del combustible y retornarla hasta que pueda drenarse. El AC hace esta
tarea de dos formas.
En primer lugar al ser el agua más pesada que el combustible tiende a
concentrarse en el fondo del separador. En segundo lugar, se utiliza un elemento
especial o filtro para atraer el agua. El agua se adhiere al elemento y se concentra
en el fondo del separador. El sensor de agua casi siempre está localizado en el
separador, normalmente, cuando el agua llega al sensor, un sistema electrónico
da aviso al salpicadero para que se realice el respectivo drenaje.
1.4.2.4 Filtro de combustible
El objetivo de todo filtro es atrapar contaminantes e impedir su acumulación
excesiva. Las partículas mayores de 10 micras pueden dañar la bomba de
inyección. En el sistema de inyección diesel, el filtro de combustible impide que
15
los contaminantes lleguen a los componentes de alta precisión perfectamente
ajustados de la bomba de inyección de combustible. Puede haber un filtro o dos
en el sistema, además de la malla filtrante del tanque de combustible.
1.4.2.5 Bomba de suministro de combustible
La bomba de suministro de combustible debe extraer una cantidad adecuada del
tanque y enviarlo, a presión, a la bomba de suministro de combustible. Las
bombas de suministro bombean mas combustible de lo que el motor puede
quemar. El combustible excedente se utiliza para enfriar y lubricar la bomba y las
toberas de inyección. Las bombas de suministro suelen ser de dos tipos:
mecánicas y eléctricas.
Figura 1.11 (Bomba mecánica de combustible)
Las bombas mecánicas y más utilizadas son accionadas por la excéntrica del
árbol de levas del motor, la cual en su rotación activa un balancín que provoca un
16
movimiento ascendente y descendente del diafragma a través de la válvula de
admisión.
Una mayor rotación de la excéntrica permite que el diafragma se desplace hacia
arriba empujado por el muelle, impulsando el combustible por la válvula de salida
hacia la bomba de inyección. Cuando la bomba de inyección no puede utilizar
todo el combustible suministrado por la bomba de trasferencia, la presión se
mantiene en la cámara del diafragma cerrándose la válvula de aspiración. Esto
impide que el diafragma se desplace permaneciendo por tanto en su posición
inferior y que se introduzca más combustible a la bomba de inyección.
1.4.2.6 Presurizar el combustible
El combustible debe presurizarse para que llegue a las toberas a alta presión,
para que éstas y el motor funcionen suavemente. La bomba de inyección de
combustible puede tener uno o más componentes para presurizar el combustible.
La disposición y número de elementos de bombeo varía según las necesidades
del fabricante. Es en el elemento de bombeo donde el combustible a baja presión
se presuriza hasta 130 bar. Los elementos de bombeo deben estar fabricados con
exquisita precisión y con materiales de calidad para que el funcionamiento sea
correcto
1.4.2.7 Regulación de la velocidad del motor de un grupo electrógeno Caterpillar
Para este estudio, que es el caso de un grupo electrógeno, las RPM del motor
deben ser constantes para que la tensión y frecuencia se mantengan constantes a
los niveles requeridos. Cuando el generador se readapta a las diferentes cargas,
también debe hacerlo el motor. El motor añadirá más combustible conforme
aumenta la carga del generador para mantener constantes las RPM. El regulador,
sensible a la carga, también controlará el valor máximo de RPM para impedir que
el motor vaya demasiado rápido y se rompa.
Está compuesto por un sistema de control en lazo cerrado que consta de los
siguientes componentes:
•
Sensor de velocidad
17
•
Modulo de control de velocidad
•
Punto de referencia de velocidad
•
Inyectores de combustible (actuadores)
Figura 1.12 Sistema de control de velocidad del motor
El conjunto de estas partes se muestra en la Figura 1.12 donde los elementos
están claramente indicados. Las líneas de color negro son de señal eléctrica y
control, las líneas de color verde representa combustible diesel de baja presión,
las líneas de color naranja representa combustible de alta presión y las líneas de
color rojo representa el combustible de retorno que no fue inyectado y sirvió de
lubricante y refrigerante para el sistema.
1.4.2.8 Porta inyectores y toberas
Los portainyectores y las toberas están localizados en la culata del cilindro,
estando el extremo de la tobera orientado a la cámara de combustión. El
portainyector contiene y fija la tobera. Los conductos de combustible también
están conectados al portainyector. La tobera contiene las partes que dirigen el
combustible enviado a alta presión por la bomba de inyección a la cámara de
combustión como se puede ver en la Figura 1.13.
Cuando se inyecta combustible en la cámara de combustión la tobera:
18
•
Pulveriza el combustible.
•
Esparce el combustible pulverizado de una forma concreta.
Figura 1.13 Porta inyector
Cuando el combustible se pulveriza, se descompone en finísimas gotas que se
mezclan fácilmente con el aire. Para asegurar que todo el combustible se mezcle
con el aire, la tobera distribuye el combustible según un patrón determinado
establecido por el diseño de la cámara de combustión.
1.4.2.9 Inyectores de combustible
Algunos sistemas de inyección diesel no utilizan bomba de inyección mecánica
para presurizar el combustible. Un inyector de combustible presuriza el
combustible que recibe a relativamente baja presión y lo inyecta en el cilindro a
alta presión (en algunos sistemas hasta 145 bar). Una excéntrica sobre el árbol de
de levas mueve un embolo del inyector, presurizando el combustible atrapado. La
Figura 1.14 muestra claramente el estado abierto del inyector y sus partes.
El inyector de combustible puede ser accionado mecánica o hidráulicamente. Los
inyectores de combustible accionados mecánicamente se utilizan en muchos
motores diesel.
19
Figura 1.14 Orificio de inyección de combustible abierto
1.5 COMPONENTES DE SALIDA
1.5.1 ENERGÍA MECÁNICA
Hay dos conceptos de la mecánica que las personas tienden a confundir, el
primero es el de torque que por definición es el producto de una fuerza por la
distancia donde se aplica dicha fuerza, esto también se denomina momento, par o
trabajo mecánico. Otra definición de lo mismo es: torque es el trabajo que puede
realizar un motor, su unidad es Kg m, Libras pie, etc. El otro concepto es el de
potencia que es el trabajo que se puede desarrollar por unidad de tiempo, es decir
es la velocidad con que se puede realizar un trabajo, su unidad es CV, KW, HP,
etc. Por ejemplo, se puede subir una cuesta en una moto de 2 HP o una de 20
HP, pero la velocidad a la que puedo realizarlo con cada una, van a ser
diferentes; de hecho, con la de 20 HP se sube más rápido.
Teniendo en cuenta estos conceptos y su relación, se analizan los primeros
métodos para medir la potencia. En un principio se utilizaba un dispositivo llamado
dinamómetro (ver Figura 1.15), que aunque actualmente no se usa, es muy útil
20
para aclarar conceptos. El mismo consistía de un freno y una balanza. El ensayo
se debe realizar a distintas revoluciones del motor para definir la curva de
potencia versus rpm, por lo tanto se mantenían determinadas revoluciones del
motor a medida que se iba frenando el mismo.
Figura 1.15 Instrumento medidor de potencia mecánica
El freno se conectaba mediante una palanca de longitud conocida al plato de la
balanza que medía la fuerza que se ejercía en ella. Como se ha dicho el producto
de la fuerza por la distancia donde se aplica es el torque del motor (fuerza medida
por la balanza por el largo de la palanca). Como la potencia es el torque por
unidad de tiempo, se puede determinar la potencia desarrollada por este motor,
relacionando el torque con las rpm del motor, ordenando las unidades y haciendo
conversiones se puede obtener la potencia por ejemplo en CV o KW. Por ejemplo
si del ensayo se obtiene un torque de 19 Kg m a 2300 rpm la potencia
correspondiente será: P= (19 (Kg m) x 2300 (rpm))/716,20 = 61 HP. Repitiendo
estas operaciones para distintos regímenes de rpm, se obtiene la curva de
potencia a distintas revoluciones del motor
1.5.2 CALOR Y GASES DE COMBUSTIÓN
El motor produce cantidad de hidrocarburos (HC), monóxido de carbono (CO) y
óxidos de nitrógeno (NOx). El humo; o la emisión de partículas, se producen
cuando no hay aire suficiente para completar la combustión del combustible. El
combustible se calienta y produce hollín. Cualquier cosa que reduzca la cantidad
21
de aire introducido en el cilindro aumenta el índice de hollín en el aire: el cambio
del punto de inyección aumenta la producción de partículas. Cuando la legislación
exige reducir el nivel de emisión de partículas, los motores de gran cilindrada lo
tienen difícil porque consumen grandes cantidades de aire y combustible
produciendo más hollín. Las formas más importantes de acción del motor sobre el
medio ambiente son:
•
Agotamiento de materias primas no renovables consumidas durante el
funcionamiento de los MCI.
•
Consumo de oxígeno que contiene el aire atmosférico.
•
Emisión y contaminación de la atmósfera con gases tóxicos que perjudican
al hombre, la flora y la fauna.
•
Emisión de sustancias que provocan el llamado efecto invernadero
contribuyendo a la elevación de la temperatura del planeta.
•
Consumo de agua potable.
•
Emisión de altos niveles de ruido a la atmósfera que disminuye el
rendimiento de los trabajadores y ocasiona molestias en sentido general.
1.5.2.1 Toxicidad de los gases de escape de los motores de combustión interna
Se llaman sustancias tóxicas a las que ejercen influencia nociva sobre el
organismo humano y el medio ambiente. Durante el trabajo de los MCI de émbolo
se desprenden las siguientes sustancias tóxicas principales: óxidos de nitrógeno,
hollín, monóxido de carbono, hidrocarburos, aldehídos, sustancias cancerígenas
(bencipireno) y compuestos de azufre. Además de los gases de escape de los
MCI, otras fuentes de toxicidad son también los gases del cárter. Incluso en un
motor bien regulado la cantidad de componentes tóxicos que se expulsan durante
su funcionamiento puede alcanzar los siguientes valores:
22
Tabla 1.1 Porcentaje de gases emitidos por los motores
COMPONENTES TÓXICOS
MOTORES DIESEL
Monóxido de carbono, %
0.2
MOTORES DE
CARBURADOR
6
Óxidos de nitrógeno. %
0.35
0.45
Hidrocarburos, %
0.04
0.4
Dióxido de azufre, %
0.04
0.007
Hollín/ mg/l
0.3
0.05
Fuente: rgtorres1560@ingenieria.unica.cu
1.6 COMPONENTES AUXILARES
1.6.1 LUBRICACIÓN
Este sistema es el que mantiene lubricadas todas las partes móviles de un motor,
a la vez que sirve como medio refrigerante. Un flujo típico se muestra en la Figura
1.16.
Figura 1.16 Flujo de aceite de lubricación
Tiene importancia porque mantiene en movimiento mecanismos con elementos
que friccionan entre sí, que de otro modo se engranarían, agravándose este
23
fenómeno con la alta temperatura reinante en el interior del motor. La función es
la de permitir la creación de una cuña de aceite lubricante en las partes móviles,
evitando el contacto metal con metal, además produce la refrigeración de las
partes con alta temperatura al intercambiar calor con el medio ambiente cuando
circula por zonas de temperatura más baja o pasa a través de un radiador de
aceite. Consta básicamente de una bomba de circulación, un regulador de
presión, un filtro de aceite, un radiador de aceite y conductos internos y externos
por donde circula.
El funcionamiento es el siguiente: una bomba, generalmente de engranajes, toma
el aceite del depósito del motor, usualmente el carter, y lo envía al filtro a una
presión regulada. Se distribuye a través de conductos interiores y exteriores del
motor a las partes móviles que van a lubricar y/o enfriar, luego pasa por el
radiador donde se extrae parte del calor absorbido y retorna al depósito o carter
del motor, para reiniciar el ciclo.
1.6.2 REFRIGERACIÓN
Este sistema elimina el exceso de calor generado en el motor. Es de suma
importancia ya que si fallara puede poner en riesgo la integridad del motor. Su
función es la de extraer el calor generado en el motor para mantenerlo con una
temperatura de funcionamiento constante, ya que el motor por debajo o por
encima de la temperatura de funcionamiento, tendría fallas pudiendo hasta no
funcionar por completo.
Su sistema básico se observa en la Figura 1.17. Consta de una bomba de
circulación (hay sistemas que no la utilizan), un fluido refrigerante, por lo general
agua o agua más producto químico para cambiar ciertas propiedades del agua
pura, uno o más termostatos, un radiador o intercambiador de calor según el
motor, un ventilador o un otro medio de circulación de aire y conductos rígidos y
flexibles para efectuar las conexiones de los componentes.
En la mayoría de los sistemas de refrigeración, la bomba de circulación toma el
refrigerante (fluido activo) del radiador, que repone su nivel del depósito auxiliar,
24
y lo impulsa al interior del motor refrigerando todas aquellas partes más expuestas
al calor, puede incluir refrigerar el múltiple de admisión, camisas, culatas o tapa
de cilindro, radiador de aceite, etc., pasa a través de uno o varios termostatos y
regresa al radiador donde se enfría al circular por tubos pequeños de gran
superficie de disipación, el intercambio de calor generalmente se realiza con el
aire circundante el cual es forzado a través del radiador utilizando un ventilador
que generalmente es accionado por el mismo motor.
Figura 1.17 Sistema básico de refrigeración de un motor diesel
Existen sistemas de refrigeración donde el fluido activo es el aire circundante, el
cual es forzado por las partes del motor que se quiere refrigerar, cilindros, tapas
de cilindros, radiador de aceite, etc. Estos sistemas generalmente utilizan también
un circuito auxiliar con otro fluido activo, por ejemplo el aceite del motor, el cual
consta de otro radiador que intercambia calor con el aire exterior y refrigera sobre
todo aquellas partes internas del motor donde es difícil o imposible que pueda
alcanzar otro fluido refrigerante (agua o aire). Para verificar que el sistema
funciona bien, los motores disponen de uno o varios termómetros que indican en
cada instante la temperatura del refrigerante en la parte del motor que se desea
medir. La temperatura medida por los termómetros debe encontrarse en el rango
de temperatura aceptado por el fabricante para las condiciones de funcionamiento
del motor. Temperaturas anormales pueden indicar dos cosas:
25
•
Hay una falla en el sistema de refrigeración, por ejemplo falta de fluido
refrigerante
•
Hay una falla o defecto en una parte o en todo el motor.
1.6.3 ENERGÍA ELÉCTRICA
La energía eléctrica para este tipo de aplicación es de suma importancia ya que
es parte principal para el arranque del motor, energizar las protecciones,
controladores, sensores e indicadores.
1.6.3.1 Sistema de arranque
Es necesario un sistema de arranque robusto para vencer la elevada relación de
compresión y la alta viscosidad del diesel en frío para asegurar que la velocidad
del pistón es suficientemente rápida para que el aire comprimido retenga su calor.
El sistema de arranque eléctrico utilizado en los motores diesel puede usar dos
baterías de 24V para suministrar la energía necesaria. Las baterías suelen
conectarse en paralelo para mantener 24V y aumentar el amperaje total. Se
utilizan cables de arranque de mayor diámetro para transportar el máximo
amperaje, al tiempo que se mantiene baja la resistencia eléctrica.
Figura 1.18 Sistema de arranque
Los motores de arranque utilizados en motores diesel son similares a los de
gasolina. El circuito de arranque (Figura 1.18) es prácticamente idéntico al modelo
de gasolina, aunque las necesidades de corriente son mayores en el caso del
diesel. Se usan inducidos y arrollamientos de campo mayores para aumentar la
26
potencia del motor de arranque y se reduce la relación de transmisión entre el
piñón de arrastre y la corona dentada del volante motor para reducir la carga de
arranque. En algunos modelos, los fabricantes utilizan motores de arranque con
reducción de piñones para disminuir los requerimientos de potencia y carga.
1.6.3.1.2 Motor de arranque
El motor de combustión interna no tiene arranque propio, hay que hacerlo girar
con una fuente externa para que se completen los procesos necesarios y se
produzca el encendido. Existen varias formas de hacer girar el motor para que
arranque:
•
Arranque manual
•
Arranque por motor de aire comprimido
•
Arranque por motor de combustión auxiliar
•
Arranque por motor eléctrico
El arranque por motor de combustión auxiliar se usa en algunas máquinas de la
construcción que usan motores Diesel. Estas máquinas pueden prescindir de las
baterías de acumuladores y así ser mas adaptables a condiciones climáticas de
fríos severos. Usan un pequeño motor de gasolina que se arranca por el método
manual o con motor eléctrico, este a su vez acciona el motor principal a través de
un acoplamiento de engranajes desplazables. Estos pequeños motores pueden
hacer girar por largo tiempo al motor principal para permitir la lubricación antes de
la puesta en marcha.
El arranque por aire comprimido se usa para algunos grandes motores en los que
la potencia necesaria hace difícil el uso del arranque eléctrico debido a las
altísimas corrientes necesarias, y en algunos vehículos especiales adaptados
para funcionar a muy bajas temperaturas donde las baterías de acumuladores no
pueden utilizarse. También en estos grandes motores el proceso de arranque es
más complejo y por lo general, deben hacerse girar hasta que se lubriquen las
partes internas antes de someterlos al funcionamiento por ellos mismos.
27
1.6.3.2 El Alternador
En la Figura 1.19 se muestra a alternador típico de un grupo electrógeno
Caterpillar.
Figura 1.19 Alternador
El alternador, igual que la antigua dinamo, es un generador de corriente eléctrica
que transforma la energía mecánica que recibe en su eje en energía eléctrica que
sirve además de cargar la batería, para proporcionar corriente eléctrica a los
distintos consumidores del generador como son el: el sistema de alimentación de
combustible, el sistema de encendido, el controlador, los actuadores eléctricos,
etc. El alternador sustituyó a la dinamo debido a que esta última tenía unas
limitaciones que se vieron agravadas, presentaba problemas tanto en bajas como
en altas revoluciones del motor; en bajas revoluciones necesita casi 1500 r.p.m.
para empezar a generar energía eléctrica. Como consecuencia, con el motor a
ralentí, no generaba corriente eléctrica; una solución era hacer girar a más
revoluciones mediante una transmisión con mayor multiplicación pero esto tiene el
inconveniente de: que a altas revoluciones la dinamo tiene la limitación que le
supone el uso de escobillas y colector.
Para elegir el alternador adecuado hay que tener en cuenta una serie de factores
como son:
•
La capacidad de la batería (amperios/hora).
•
Los consumidores eléctricos del sistema.
28
•
Las condiciones de trabajo.
Si la demanda de energía es elevada, por ejemplo por haber incorporado diversos
consumidores adicionales, puede resultar conveniente sustituir el alternador
previsto de serie por otro de mayor potencia. En este caso, es conveniente
verificar el consumo de todos los aparatos eléctricos instalados y sus tiempos
medios de utilización, al tiempo que se valora el tipo de trabajo del motor. En
general el balance energético del alternador se realiza sumando la potencia
eléctrica de todos los consumidores para determinar posteriormente, con ayuda
de unas tablas la intensidad nominal mínima necesaria (ejemplo Tabla 1.2). Como
ejemplo, se dice que se determina a través de esta tabla aproximadamente que la
intensidad del alternador será una décima parte de la suma de potencias de todos
los consumidores. Por eso se tiene, si en una determinada aplicación la suma de
consumidores es igual a 500 W, la intensidad nominal del alternador necesario
debe ser de 50 A.
Tabla 1.2 Tabla de intensidad nominal de alternadores
Denominación Tensión nominal
Corriente nominal (amperios) a:
1.800 r.p.m.
6.000 r.p.m.
GCB1
22
55
GCB2
37
70
KCB1
50
90
KCB2
60
105
NCB1
70
120
NCB2
80
150
25
55
35
80
40
100
14 V
KCB1
NCB1
NCB2
28 V
1.7 CARACTERÍSTICAS NORMALES DE FUNCIONAMIENTO DE
UN GRUPO ELECTRÓGENO CATERPILLAR
El grupo electrógeno Caterpillar consta de un ECM (Modulo de Control
Electrónico) el cual junto con otros componentes se encarga de mantener las
características principales de una unidad de generación, monitoreo de las
principales variables del sistema como por ejemplo: frecuencia del generador,
29
velocidad del motor, temperatura, además permite la configuración del sistema
según la unidad de generación. Este módulo se puede observar en la Figura 1.20
Las variables de importancia referencial para el sistema BI-FUEL son las
siguientes y suelen encontrarse representadas como se muestra a continuación.
Presión de aceite del motor.- Este parámetro indica la presión del sistema
de lubricación del motor. La presión del aceite del motor será más alta
después de que se haya arrancado un motor frío. La presión del aceite del motor
disminuirá a medida que el motor se calienta. La gama típica de presión de aceite
del motor a la velocidad nominal del motor es de 275 a 606 KPa (40 a 88 lb/pulg2).
Una presión más baja es normal a una velocidad más baja del motor, pero esto
ocurre solo en el momento de transición del arranque del motor ya que para la
aplicación de un grupo electrógeno se requiere velocidad constante de 1800 rpm.
Grafico 1.20 Sistema de instrumentación y control de un motor Caterpillar
30
Temperatura de escape.- este parámetro nos indica la temperatura de
escape
del
motor.
La
máxima
temperatura
del
escape
es
de
aproximadamente 575°C (1065°F).
Temperatura del aceite del motor.- Este parámetro indica la temperatura
del aceite del motor. La temperatura máxima del aceite a la velocidad
nominal con una carga plena es de 107°C (224°F).
Temperatura del refrigerante del motor.- La gama típica de la temperatura
del refrigerante del motor es de 87 a 98°C 98°C (189 a 208°F). Se puede
producir temperaturas más altas en ciertas condiciones. La lectura de la
temperatura del refrigerante del motor puede variar según la carga. La lectura
máxima con un sistema presurizado de enfriamiento es de 107°C (224°F). La
lectura nunca debe exceder el punto de ebullición para el sistema de presión que
se esté usando.
Fuente: Guía de Instalación y aplicación, Caterpillar 3412
1.7.1 CARACTERÍSTICAS DE VIBRACIÓN EN UN MOTOR DIESEL
1.7.1.1 Frecuencia de la vibración
La Figura 1.21 como ejemplo para las siguientes definiciones.
Se denomina amplitud el desplazamiento máximo desde la posición media. El
intervalo en el cual el movimiento se repite se llama ciclo. El tiempo requerido
para que el peso complete un ciclo se llama período. Si el peso necesita un
segundo para completar un ciclo, la frecuencia de vibración es de un ciclo por
segundo.
Es necesario establecer la frecuencia cuando se analiza la vibración. Esto permite
la identificación del componente del motor o la condición que causa la vibración.
La vibración de la maquinaria es compleja y consta de muchas frecuencias. El
desplazamiento, la velocidad y la aceleración se usan para diagnosticar los
problemas particulares. Las mediciones del desplazamiento son los mejores
indicadores de los esfuerzos dinámicos y son las más usadas.
31
Figura 1.21 Características de la vibración
Fuente: Guía de Instalación y aplicación, LSBW4972-00 Vibración, Caterpillar.
1.7.1.2 Desplazamiento de la vibración
La distancia total recorrida por el peso, desde una cresta hasta la contraria, se
denomina desplazamiento cresta a cresta, como se muestra en la Figura 1.21.
Esta medición se expresa, por lo general, en milésimas de pulgada [0,025 mm
(0,001 pulg)]. Ésta es una unidad de severidad de vibración.
El promedio y la media cuadrática (rms) se usan, algunas veces, para medir la
vibración (rms = 0,707 veces la cresta de vibración). Estos términos se utilizan en
teoría, pero son de poco valor práctico.
Fuente: Guía de Instalación y aplicación, LSBW4972-00 Vibración, Caterpillar.
1.7.1.3 Velocidad de la vibración
Otro método para analizar la vibración es medir la velocidad de la masa. Note que
el peso representado en la Figura 1.21 no sólo se está moviendo sino que
además, cambia de dirección. La velocidad del peso también cambia
constantemente. En su límite, la velocidad es cero. Su velocidad es máxima
cuando pasa a través de la posición neutral.
La velocidad es una característica fundamental de la vibración; pero, debido a su
naturaleza cambiante, normalmente se escoge un solo punto para la medición.
32
Ésta se denomina velocidad de la cresta y se expresa normalmente en pulgadas
por segundo.
La velocidad es una medida directa de la vibración y proporciona, en conjunto, el
mejor indicador de la condición de la maquinaria. Sin embargo, esto no refleja el
efecto de la vibración en el material quebradizo.
La relación entre la velocidad de la cresta y el desplazamiento cresta a cresta se
compara mediante la fórmula:
-6
V
cresta
= 52,3 x D x F x 10
Donde:
•
V
•
D = Desplazamiento cresta a cresta, en milésimas de pulgada. 1 mil (0,001
cresta
= Velocidad de la vibración en pulgadas por segundo cresta.
pulg).
•
F = Frecuencia en ciclos/minuto (cpm).
Fuente: Guía de Instalación y aplicación, LSBW4972-00 Vibración, Caterpillar.
1.7.1.4 Aceleración de la vibración
La aceleración es otra característica de la vibración. Éste es el índice de cambio
de velocidad. En la Figura 1.21, se mota que la cresta de aceleración está en el
límite extremo de desplazamiento donde la velocidad es cero. Cuando la
velocidad aumenta, disminuye la aceleración, hasta alcanzar cero en el punto
neutral.
La aceleración se mide en unidades de “g” (cresta), donde “g” es igual a la fuerza
2
2
de gravedad en la superficie de la tierra: (980,665 cm/s = 386 pulg/seg = 32,3
2
pie/seg ).
Las mediciones de aceleración, o “g”, se usan donde se encuentran fuerzas
relativamente grandes. En frecuencias muy altas (60.000 cpm), ésta es
posiblemente el mejor indicador de la vibración.
La aceleración de la vibración se puede calcular del desplazamiento de cresta:
33
2
g
cresta
-8
= 1,42 x D x F x 10
Fuente: Guía de Instalación y aplicación, LSBW4972-00 Vibración, Caterpillar.
1.7.1.5 Orden de la vibración
Relacionada con la vibración, la frecuencia del movimiento se define normalmente
en términos de orden de vibración. En el motor, el orden de vibración es el
número de ciclos vibratorios que muestra un componente durante una revolución
del cigüeñal.
•
De medio orden corresponde a dos ciclos por revolución del cigüeñal.
•
De primer orden corresponde a un ciclo por revolución del cigüeñal.
•
De segundo orden corresponde a un ciclo por cada dos revoluciones del
cigüeñal.
•
De orden alto corresponde a un ciclo por 1½, 2½ o más revoluciones del
cigüeñal.
ó El movimiento de la vibración total es la suma vectorial del movimiento de todos
los órdenes, es decir, se sumarán o restarán los movimientos de los órdenes
individuales para obtener el total. Esta medición no se usa para identificar los
problemas o establecer los límites sino más bien, como la indicación del
movimiento de vibración longitudinal total.
Los valores se deben reportar en términos de desplazamiento cresta a cresta
(milésimas de pulgada) en frecuencia de medio orden, frecuencia de primer
orden, nivel total de velocidad (pulg/seg) y desplazamiento total (milésimas de
pulgada) para cada uno de los puntos medidos.
Fuente: Guía de Instalación y aplicación, LSBW4972-00 Vibración, Caterpillar.
1.7.1.6 Causas de la vibración
La experiencia muestra que los problemas del movimiento de vibración
longitudinal se pueden atribuir a:
34
•
Desalineación del motor y del equipo impulsado.
•
Desbalanceo de las piezas que giran.
•
Resonancia de la masa estructural (peso) y combinaciones rígidas.
•
Reacción de par.
•
Encendido irregular del cilindro.
•
Fuerzas de la combustión.
•
Desbalanceo en las piezas reciprocantes.
Fuente: Guía de Instalación y aplicación, LSBW4972-00 Vibración, Caterpillar.
1.7.1.7 Pautas del nivel de vibración
Las siguientes pautas del nivel de vibración se usan para evaluar la severidad de
la vibración de la instalación del motor o del grupo electrógeno. Los accesorios
para la instalación del motor o del grupo electrógeno, generalmente, aumentan los
valores de vibración y no se incluyen en estas pautas.
Los niveles de vibración en cualquier condición de carga, en cualquier sitio de
medición, no deben exceder las siguientes pautas:
•
Desplazamiento cresta a cresta en frecuencia de medio orden = 0,13
mm.
•
Desplazamiento cresta a cresta en frecuencia de primer orden = 0,13
mm.
•
Desplazamiento total = 0,22 mm.
•
Velocidad total = 34,3 mm/s.
Estas pautas se aplican tanto para las unidades de motor de gas y diesel
instaladas con o sin monturas de aislamiento. Si la vibración longitudinal es más
alta que las indicadas en estas pautas, el motor tendrá que detenerse.
Fuente: Guía de Instalación y aplicación, LSBW4972-00 Vibración, Caterpillar.
35
1.7.1.8 Puntos de medición de la vibración
Para monitoreo en esta aplicación la medición se realizara en los puntos 1, 2, 3,4
que son los que se pueden ver afectos por: encendido irregular del cilindro,
fuerzas de la combustión.
Figura 1.22 Puntos de medición de la vibración
Con la información presentada anteriormente se tiene una idea global del
funcionamiento del motor diesel, a continuación se presenta un resumen de la
generación de energía eléctrica en el bloque 27 y las características del gas
asociado.
Fuente: Guía de Instalación y aplicación, LSBW4972-00 Vibración, Caterpillar.
1.9 GENERACION DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL BLOQUE 27
En la actualidad el Sistema de generación Eléctrica
del Bloque 27 de
Petroproducción es un sistema eléctrico aislado que básicamente está constituido
por sistemas de generación independientes para cada locación en EPF pozos,
EPF planta, Tipishca Norte, Tipishca C, Blanca C, Blanca A, Vinita 01, Vinita 02,
36
Campamento Central, con un total de potencia instalada de 3.77 MW
en
operación continua las 24 horas y 0.745 MW en stand BY y 1.09 MW en
mantenimiento, distribuidos de la siguiente manera según la Tabla 1.3.
Tabla 1.3 Sistema de generación de energía eléctrica Instalado
Tag
Descripción
Capacidad
Ubicación
Gen 1
Generador Caterpillar 3412
545 KW
Blanca C
Gen 2
Generador Caterpillar 3412
725 KW
Stand By
Gen 4
Generador Caterpillar 3406
365 KW
Stand By
Gen 5
Generador Caterpillar 3406
365 KW
Vinita 01
Gen 6
Generador Caterpillar 3412
545 KW
Tipishca Norte
Gen 7
Generador Caterpillar 3412
725 KW
Power Trailer
Gen 8
Generador Caterpillar 3412
725 KW
EPF Pozos
Gen 9
Generador Caterpillar 3456
455 KW
Blanca A
Gen 11
Generador Caterpillar 3412
725 KW
EPF Planta
Gen 13
Generador Caterpillar 3412
725 KW.
EPF Pozos
Gen 14
Generador Caterpillar 3456
455 KW
Tipishca C
Gen 16 Generador Caterpillar 3406 320
320 KW
Vinita 02
Gen 17 Generador Caterpillar 3406 365
365 KW
Campamento
Fuente [Archivos, Petroproducción Dpto. Mantenimiento]
1.9.1 CONSUMO DE DIESEL PARA GENERACIÓN
La generación eléctrica requerida para mantener la operatividad de los equipos de
producción en cada una de las locaciones en su totalidad está basada, como ya
se indicó anteriormente, por generadores a diesel marca Caterpillar en un rango
de potencia de entre 320 KW a 725 KW, los cuales operan bajo los parámetros de
la Tabla 1.4, indicando que el sistema global de generación se encuentra
descentralizado en el campo.
Tabla 1.4 Aprovechamiento de la Energía Eléctrica Instalada
Tag
Ubicación
Capacidad Consumo % de Aprov. Consumo (diesel)
37
Gen 1
Blanca C
545 KW
88 KW
Gen 5
Vinita 01
365 KW
105 KW
Gen 6
Tipishca Norte 545 KW
410 KW
Gen 8
EPF Pozos
725 KW
460 KW
Gen 9
Blanca A
455 KW
220 KW
Gen 2
EPF Planta
725 KW
430 KW
Gen 13 EPF Pozos
725 KW
390 KW
Gen 14 Tipishca C
455 KW
280 KW
Gen 16 Vinita 02
320 KW
90 KW
Gen 17 Campamento
365 KW
180 KW
16,15%
28,77%
75,23%
63,45%
48,35%
59,31%
53,79%
61,54%
28,13%
49,32%
246 [gal/día]
219 [gal/día]
760 [gal/día]
931 [gal/día]
260 [gal/día]
765 [gal/día]
789 [gal/día]
389 [gal/día]
309 [gal/día]
152 [gal/día]
Fuente: [Archivos, Petroproducción Dpto. Bodega]
La demanda de combustible diesel para cubrir el requerimiento energético en la
actualidad está entre 4820 y 5000 galones diesel por día.
Como se puede apreciar, no existe un balance entre potencia instalada y
demanda de energía por locación, por lo que el aprovechamiento de la energía
instalada no supera el 60% referente al total, por lo que una alternativa viable para
optimizar el consumo de diesel es aprovechar el gas para generación en lugar de
quemarlo.
1.10 ESTUDIO DEL GAS ASOCIADO DEL BLOQUE 27
1.10.1 PRODUCCIÓN DE GAS EN LA PLANTA EPF Y EN CADA UNA DE LAS
LOCACIONES DE PRODUCCIÓN
La extracción de petróleo en las instalaciones del Bloque 27 operado por
Petroproducción está basada en aplicaciones de levantamiento artificial utilizando
bombas electros sumergibles. El tratamiento que se aplica al petróleo en
superficie permite separar gas, crudo, agua, de manera eficiente y cumpliendo
con los parámetros establecidos por la normativa nacional e internacional (API)
por lo que se puede contar con gas libre de residuos líquidos y sólidos lo que
hace factible la utilización del gas para generación en porcentajes técnicos
38
aceptables dependiendo obviamente del volumen y composición química de este
derivado
En la Tabla 1.5 se puede apreciar un resumen de la producción de gas existente y
el utilizado en el Bloque 27.
Tabla 1.5 Producción de gas asociado en el bloque 27
Campo
Gas extraído (mcfpd)
Gas utilizado (mcfpd)
Blanca
20.31
0
Tipishca Huaico
196.72
30.70
Vinita
20.43
0
TOTAL
237.46
Fuente [Archivos, Petroproducción Dpto. Producción]
NOTA: mcfpd: mil pies cúbicos por día.
El gas extraído es de 237.46 mcfpd y apenas 30.7 mcfpd de gas es utilizado para
el proceso equivalente al 12.9% del total.
En el Bloque 27 de Petroproducción se encuentran 16 pozos en actividad de los
cuales se realiza un estudio químico mediante su descomposición con el fin de
calcular su poder calorífico y detectar substancias que en futuro podrán ser
destructivas al sistema motriz del grupo electrógeno.
1.10.2 CARACTERÍSTICAS DEL GAS ASOCIADO DEL BLOQUE 27
En la Tabla 1.6 se presenta la cromatografía de los pozos. La composición del gas
asociado es variable, antes de extraerse del yacimiento su composición varia,
además hay que tener en cuenta que la composición es diferente incluso dentro
del mismo campo, por la producción de petróleo de diferentes arenas productoras.
El componente primario del gas asociado natural en una prueba de cromatografía
realizada en laboratorio es: Metano (CH4, 20% – 40% molar).
39
Tabla 1.6 Composición química del gas asociado del bloque 27
No Característica
Blanca-A Blanca-C TP-07
TP-01
TP-03
TP-08
TP-C
V-140
V-150
Vinita-1 Vinita-2
RESULTADOS EN FRACCION MOLAR
1
Nitrógeno (N2)
6,76
5,43
8,63
2,28
2,66
2,9
1,77
2,57
1,87
2,85
5,76
2
Dióxido de carbono (CO2)
7,11
6
3,71
54,81
34,9
56,84
58,73
49,47
59,08
46,56
3,25
3
Sulfuro de hidrogeno (H2S)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
4
Metano (C1)
46,89
40,44
52,79
20,16
24,76
21,28
12,75
18,3
15,07
20,29
47,25
5
Etano (C2)
10,29
11,89
11,36
5,54
8,58
5,68
4,3
6,16
4,24
6,87
10,64
6
Propano (C3)
12,24
19,87
13,66
8,85
16,07
7,39
9,54
12,3
8,92
12,14
16,45
7
I-butano (I-C4)
2,42
2,89
1,74
1,67
3,13
1,29
2,14
2,58
1,99
2,49
3,12
8
N-butano (N-C4)
5,98
7,05
4,03
3,18
6,06
2,4
4,39
5,29
4,29
5,14
6,53
9
I-pentano (I-C5)
1,66
1,34
0,94
0,76
1,32
0,69
1,13
1,25
1,1
1,33
1,41
10 N-pentano (N-C5)
1,47
1,07
0,86
0,62
1,02
0,59
0,93
0,96
0,87
1,12
1,17
11 N-hexano (N-C6)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
16 Oxigeno (O2)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
17 Hidrogeno (N2)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
18 Helio (He)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
5,18
4,02
2,28
2,13
1,5
0,94
4,32
1,12
2,57
1,21
4,42
1368,96
1545,32
1,01
1,08
19 Agua (H2O)
20 Poder calorífico [btu/scf]
21 Gravedad Específica
1341,4 739,16 1203,51 647,42 745,02 952,15 796,14
0,93
1,3
1,28
1,29
1,38
1,35
1,37
982,75 1503,42
1
1,01
Fuente [Archivos, Petroproducción Dpto. Producción, Anexo III]
40
Etano (C2H6), Propano (C3H8), Isopropano (C3H8), normal Butano (C4 H10),
Isobutano y normal Pentano (C5H12), gases inertes como, Dióxido de carbono
(CO2), Nitrógeno (N2), y pequeñas cantidades de Sulfatos de Hidrógeno (H2S) y
Agua. Las cantidades exactas de la composición dependen del tipo de yacimiento
(arena productora) del que se extrae.
Metano: El metano es el hidrocarburo alcano más sencillo, es un gas. Su fórmula
química es CH4. Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido al carbono por
medio de un enlace covalente. Es una sustancia no polar que se presenta en
forma de gas a temperaturas y presiones ordinarias. Es incoloro y apenas soluble
en agua en su fase líquida.
Etano: El etano es un hidrocarburo alifático alcano con dos átomos de carbono,
de fórmula C2H6. A condiciones normales es gaseoso y un excelente
combustible. Su punto de ebullición está en -88 °C. Se encuentra en cantidad
apreciable en el gas natural.
Propano: El propano es un gas incoloro. Pertenece a los hidrocarburos alifáticos
(los alcanos). Su fórmula química C3H8. Las mezclas de propano con el aire
pueden ser explosivas con concentraciones del 1,7 - 9,3 % del volumen en
propano que los contiene. Cuando se quema produce una llama amarillenta que
libera ciertas cantidades de hollín.
A temperatura ambiente es inerte frente a la mayor parte de los reactivos aunque
reacciona, por ejemplo, con el bromo en presencia de luz. En elevadas
concentraciones el propano tiene propiedades narcotizantes.
Butano: (también llamado normal butano) es un hidrocarburo saturado, parafínico
o alifático, inflamable, gaseoso que se licua a presión atmosférica a -0,5 °C,
formado por cuatro átomos de carbono y por diez de hidrógeno, cuya fórmula
química es C4H10. También puede denominarse con el mismo nombre a un
isómero de éste gas: el isobutano o metilpropano.
41
Como es un gas incoloro e inodoro, en su elaboración se le añade un odorizante
(generalmente un mercaptano) que le confiere olor desagradable. Esto le permite
ser detectado en una fuga, porque es altamente volátil y puede provocar una
explosión.
Dióxido de carbono: (CO2) es una molécula. A pesar de que el dióxido de carbono
existe principalmente en su forma gaseosa, también tiene forma sólida y líquida.
Solo puede ser sólido a temperaturas por debajo de los -78 °C. El dióxido de
carbono líquido existe principalmente cuando el dióxido de carbono se disuelve en
agua. El dióxido de carbono solamente es soluble en agua cuando la presión se
mantiene constante. Cuando la presión desciende intentará escapar al aire,
dejando una masa de burbujas de aire en el agua.
1.11 ANALISIS DE EFECTOS POR SUBSTANCIAS DETECTADAS
EN EL GAS FRENTE AL HIERRO AL CARBON
1.11.1 SUBSTANCIAS PERJUDICIALES DETECTADAS EN EL GAS NATURAL
Substancias detectas:
•
H2O (Agua)
•
CO2 (Anhídrido Carbónico)
•
H2S (Ácido Sulfhídrico), 0% en todos los casos.
Los efectos de la corrosión sobre instalaciones y equipos industriales produce
anualmente pérdidas que llegan a cifras muy importantes: en los países
industrializados se ha valorado en el 3% del PBI. Este porcentaje puede
tomarse sobre la valoración equivalente de la industria petrolera y del gas para
llegar a una cuantificación aproximada de sus efectos económicos.
De todas las fallas que ocurren en las operaciones de la industria del gas y del
petróleo la más importante es la corrosión con el 33% de los casos, como
puede verse en las tablas siguientes de un trabajo de Kermany y Harrop.
42
Tabla 1.7 Fallas en la industria petrolera
Tipos de fallas
%
Corrosión
33
Fatiga
18
Daño Mecánico
14
Fractura frágil
9
Defecto de fabricación
9
Defectos de soldadura
7
Otros
10
Fuente: J.L. Crolet and M.R. Bonis, pH measurements in CO2 Aqueous solutions under
high pressure and Temperature, Corrosion, 1983, 39, (2), 39-46.
A su vez, el tipo de corrosión que ocurre se distribuye aproximadamente de la
siguiente forma:
Tabla 1.8 Corrosión en la industria petrolera
Tipos de fallas
%
Por CO2
28
Por H2S
18
En soldadura
18
Pitting
12
Corrosión erosión
9
Galvánica
6
Crevice
3
Impacto
3
Stress Corrosión
3
Fuente: J.L. Crolet and M.R. Bonis, pH measurements in CO2 Aqueous solutions under
high pressure and Temperature, Corrosion, 1983, 39, (2), 39-46.
El CO2 y el H2S son las especies corrosivas más importantes y contra las cuales
es necesario actuar utilizando revestimientos que deben entonces resistir a esas
especies, a la temperatura, presión y también guardar resistencia a la abrasión y
al impacto que en una medida u otra están involucrados en la utilización de
tuberías y equipos. El CO2 y el H2S son especies químicas que están en
equilibrio con las tres fases: petróleo, agua y gas, por lo que las cantidades de
CO2 y H2S en cada fase están relacionadas pero con concentraciones diferentes
dadas por las solubilidades correspondientes a cada fase. La concentración en
agua y en petróleo está dada por la fugacidad de la especie en la fase gaseosa
que puede tomarse como igual a su presión parcial en el gas. En el caso
43
particular del CO2, las concentraciones en equilibrio en la fase petróleo son
mayores a las del agua en una relación 3 a 1. Por efecto del contenido de CO2 el
agua se vuelve ácida, dependiendo el pH de la presión parcial y de la
concentración de sales disueltas, en particular CO3Ca, como puede verse en la
Figura 1.23, que muestra valores de pH en función de la presión parcial, Pco2
medidos a presión, en laboratorio, teniendo como parámetro la concentración de
CO3Ca para solución de ClNa y Cl2Ca en agua. La temperatura en el gráfico es
la del ambiente. El H2S y el CO2 ocasionan corrosión particularmente al formar
soluciones ácidas en presencia de agua. Además, el CO2 diluye el producto
gaseoso produciendo una baja en su poder calorífico.
Fuente: J.L. Crolet and M.R. Bonis, pH measurements in CO2 Aqueous solutions under
high pressure and Temperature, Corrosion, 1983, 39, (2), 39-46.
Figura 1.23 PH en función de la presión Parcial
Se ve claramente como la acidez del medio no solo está influida por la presión
parcial sino también en forma importante por efecto de sales disueltas. Esto será
importante, como se verá más adelante, en la simulación del efecto corrosivo
mediante ensayos de autoclave. La corrosión debida al medio puede considerarse
aceptable o no aceptable de acuerdo a los niveles que la misma puede tomar.
Como lo dice J.L. Crolet de Elf Aquitanie2:
44
•
“Las velocidades de corrosión que admiten sin equivocaciones el utilizar
acero desnudo deben ser inferiores a 0.1mm/año para poder garantizar
que con solo 3mm de acero adicional para la corrosión (corrosion
allowance) se logren vidas en exceso de los 30 años en equipos
permanentes.
•
Para equipos no reemplazables la corrosión es no aceptable si supera en
promedio 1mm/año, y es poco importante si este valor es 1, 10 o 100
mm/año. Para una tubería bajo agua, la cuestión no es si el derrame se
producirá en 10 años, 1 año o 1 mes. Lo importante es que no ocurra.
•
Entre 0.1 y 1mm/año dependerá de la vida requerida de la instalación, la
posibilidad de monitoreo y de ser reparada y de las consecuencias de la
primer falla que ocurra.”
Fuente: J.L. Crolet and M.R. Bonis, pH measurements in CO2 Aqueous solutions under
high pressure and Temperature, Corrosion, 1983, 39, (2), 39-46.
1.11.2 LÍMITES DE CONCENTRACIONES DE CO2
Las condiciones de corrosividad de estas especies marcan límites que deben
tenerse en cuenta para formarse una expectativa de la corrosividad del medio.
Corrosividad del CO2 sobre acero al carbono de baja aleación.
Tabla 1.9 Corrosividad del CO2 sobre el acero al carbón
Condiciones
Corrosividad
Pco2<0,5bar
Muy poco probable
0,5bar<Pco2<2bar
Posible
Pco2>2bar
Segura
Fuente: J.L. Crolet, ELF, Which CO2 Corrosion Hence, Which Prediction?, in Predicting CO2
Corrosion in the oil and gas Industry., The European Federation of Corrosion, N°13, The Institute of
Materials, 1994.
Como se puede ver de estudio del gas no existe presencia de H2S por lo que se
omite el análisis en el sistema.
45
1.11.3 PROCESOS DE TRATAMIENTO DEL GAS ASOCIADO
1.11.3.1 Endulzamiento del gas natural
El proceso de endulzamiento de gas tiene el objetivo de reducir a porcentajes
aceptables la cantidad de CO2 y H2S en el gas asociado para evitar daños por
corrosión en la línea, válvulas y en el motor diesel a inyectar.
Muchos gases naturales contienen ácido sulfhídrico en concentraciones que
varían desde pequeñas cantidades hasta 30% mol. Los gases que contienen
ácido sulfhídrico y dióxido de carbono se clasifican como gases amargos y los
gases que no los contienen son llamados gases dulces.
El proceso típico de endulzamiento de gas natural (Morales, G. et. al; 2001)
consiste en la remoción del CO2, únicamente, utilizando una solución de MDEA
(metildietanolamina) en una torre de absorción. Este proceso se completa con la
posterior regeneración de la amina utilizada (MDEA) en una torre de destilación
(ver Figura 1.24). Se trabaja con una corriente de gas natural con una
concentración de dióxido de carbono del 3 % en volumen. El gas a tratar pasa
primeramente por un separador bifásico (Separador-1) para remover algo de
líquido que contenga antes de su ingreso al absorbedor. El absorbedor es una
torre de platos que trabaja a altas presiones (presión del yacimiento), en la cual el
gas a purificarse ingresa por el fondo y en sentido contrario a la solución de
MDEA pobre o magra (muy baja concentración de CO2). La absorción de CO2 se
realiza en una solución acuosa de MDEA al 50 % en peso. El gas purificado sale
por la cabeza del absorbedor y la amina rica en CO2 sale por la base del mismo y
es enviada a regeneración. Dado que la regeneración de la amina es favorecida
por menores presiones y mayores temperaturas, se coloca una válvula de
nivelación en la línea de flujo de la amina rica. Dicha válvula cumple la función de
disminuir la presión hasta 5 kg/cm2, lo cual permite separar parte del CO2 de la
amina en un segundo separador (Separador-2). A continuación, el intercambiador
de calor cumple la función de precalentar la amina rica en CO2, antes de su
ingreso al regenerador. por intercambio de calor con la amina magra que viene
del mismo.
46
Figura 1.24 Proceso de endulzamiento del gas
47
Las fórmulas moleculares de cada una de las aminas, en general cuenta con al
menos un grupo hidroxilo y un grupo amina. El grupo hidroxilo reduce la presión
de vapor e incrementa la solubilidad en el agua, mientras que el grupo amina
puede aportar la alcalinidad necesaria a las soluciones acuosas para causar la
absorción de gases ácidos.
El regenerador es una torre de platos donde la solución de amina rica desciende
en dirección contraria a los vapores de extracción ascendentes que consisten
sobre todo en vapor de agua. Es importante tener sumo cuidado de no superar la
temperatura de descomposición de la MDEA en el regenerador (temperatura
máxima 171 °C) (Ikoku, Chi U.; 1992). Finalmente, e n el mezclador se combina la
amina magra que proviene del regenerador con la amina de reposición. La
necesidad de reponer la MDEA surge del hecho de que parte de la misma se
pierde por las cabezas del absorbedor y del regenerador.
1.11.3.2 Deshidratación del gas natural
El proceso de deshidratación de gas tiene el objetivo de reducir hasta un
porcentaje aceptable la cantidad de H2O en el gas asociado para evitar daños
por corrosión en la línea, válvulas y en el motor diesel a inyectar, ya que como se
indica anteriormente el CO2 y H2S en presencia de H2O forman substancias
ácidas.
Figura 1.25 Proceso de deshidratación del gas
48
En la Figura 1.25 se muestra el proceso de deshidratación del gas natural
desarrollado (Morales, G. et al.; 2002), donde:
M-1:...........Mezclador
S-1: ...........Separador
M-2:...........Mezclador
G/G: ..........Intercambiador de calor gas/gas
S-2: ...........Separador de baja temperatura (LTS)
CHL:..........Enfriador
M-3:...........Mezclador
Básicamente este proceso consiste en provocar la separación del vapor de agua
mediante absorción en una sustancia deshidratante (algún glicol), y la de los
hidrocarburos pesados mediante enfriamiento. Se utiliza como sustancia
deshidratante, una solución de etilenglicol (EG) al 80 % en peso y se agrega al
proceso en la relación mínima siguiente: 19 kg de solución EG/por kg de agua.
1.12 EFECTOS AMBIENTALES DEL USO DEL GAS NATURAL
El empleo racional de la energía se basa en establecer criterios para lograr el
máximo rendimiento con el menor impacto ambiental y cada generación debe
garantizar a las futuras la disponibilidad de recursos energéticos, en beneficio del
medio ambiente y del bienestar y seguridad de sus habitantes. Entre las
alternativas energéticas el gas natural es reconocido como una energía noble por
su eficiencia, limpieza y precios competitivos. Es el combustible que menos
contamina, calienta con rapidez y no necesita almacenaje previo, por lo que
proporciona un elevado grado de confort en los hogares.
En la industria, la calidad de su llama, regular y sin impurezas, permite numerosas
aplicaciones. Su combustión hace posible una mejor regulación de la temperatura
en las cámaras de combustión de una extensa gama de equipos, así como su
49
aplicación directa en el tratamiento de múltiples productos. Por su alto contenido
en hidrógeno, el gas natural es la materia prima más utilizada en la producción de
amoniaco para fertilizantes, así como en otras aplicaciones petroquímicas.
Como combustible es utilizado en la totalidad de los sectores industriales que
demandan energía térmica. Las aplicaciones industriales más destacadas son la
generación de vapor, cocción de productos cerámicos, alimentarios, tratamientos
térmicos, procesos de secado directo, sistema de calefacción, generación
electrónica y hornos de fusión.
Otra aplicación de actualidad y con gran futuro en España, es la cogeneración. La
cogeneración con gas natural es uno de los sistemas de producción conjunta de
energía térmica y eléctrica, para las industrias y locales comerciales, con altas
necesidades de calor y electricidad. Esta aplicación del gas permite alcanzar
importantes rendimientos globales del combustible y una notable reducción de la
emisión de contaminantes.
Cabe destacar la creciente participación del gas natural en la generación de
electricidad en centrales térmicas convencionales y en centrales eléctricas de
ciclo combinado que permitirá, junto a la mayor diversificación de las fuentes
energéticas utilizadas, la obtención de importantes economías a través de un
rendimiento más elevado, así como de una disminución notoria de los niveles de
contaminación.
1.12.1 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES DEL USO DEL GAS NATURAL
El gas natural como cualquier otro combustible produce CO2; sin embargo,
debido a la alta proporción de hidrógeno-carbono de sus moléculas, sus
emisiones son un 40-50% menor de las del carbón y un 25-30% menor de las del
fuel-oil.
La composición química del gas natural es la razón de su amplia aceptación como
el más limpio de los combustibles fósiles. En efecto, la mayor relación
50
hidrógeno/carbono en la composición del gas natural, en comparación con la de
otros combustibles fósiles, hace que en su combustión se emita menos CO2 por
unidad de energía producida.
La combustión del gas natural, compuesto principalmente por metano (CH4),
produce un 25% menos de CO2 que los productos petrolíferos y un 40% menos
de CO2 que la combustión del carbón por unidad de energía producida. Se
atribuye al CO2 el 65% de la influencia de la actividad humana en el efecto
invernadero, y al CH4 el 19% de dicha influencia.
Por su rendimiento y baja emisión de contaminantes, el gas natural es
especialmente apropiado para la generación de electricidad y cogeneración, uso
de calderas y hornos industriales, automoción, climatización y otros usos en los
sectores comercial y doméstico.
El gas natural es un combustible que tiene un impacto medioambiental mínimo
comparado con el resto de los combustibles fósiles y cuya utilización contribuye a
reducir la emisión de gases de efecto invernadero.
Fuente: rgtorres1560@ingenieria.unica.cu
1.12.2 PROTECCIÓN DEL ENTORNO
La preservación del medio ambiente es una de las prioridades del Grupo Gas
Natural, por lo que las actividades se desarrollan de forma que contribuya
positivamente al comportamiento medioambiental asociado a sus procesos,
instalaciones y servicios, prestando especial atención a la protección del entorno.
La compañía realiza un esfuerzo continuado en identificar, caracterizar y mejorar
el impacto medioambiental derivado de sus actividades, instalaciones y procesos
de negocio, procurando una utilización eficiente de los mismos. Del mismo modo,
efectúa tareas de prevención de la contaminación y evaluación de riesgos
potenciales, que consisten en aplicar el principio básico de prevención de la
contaminación desde la planificación y evaluación de decisiones sobre proyectos.
En general se considera al motor de combustión interna diesel una maquina que
requiere un porcentaje de combustible diesel para iniciarse la combustión siendo
51
este usado como bujía liquida. Al observar la importancia del gas asociado a la
producción de petróleo se a desarrollo métodos de utilización de este recurso
natural con el fin de tener un aprovechamiento en la industria petrolífera, dándole
a este un valor económico y energético.
En el siguiente capítulo se describirá el diseño básico de un sistema que permita
la mescla de dos combustibles gas-diesel en un motor diesel que cumpla con las
normas de la industria petrolera.
52
CAPITULO 2
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA BI-FUEL
GAS-DIESEL PARA UN MOTOR DIESEL DE
COMBUSTIÓN INTERNA UTILIZADO EN GENERADORES
DE ENERGÍA ELÉCTRICA
En el capítulo presente se determinan las necesidades mínimas para la
ingeniería, procura y montaje del sistema BI-FUEL (bi-combustible), a instalar en
la central de producción EPF del Bloque 27 de Petroproducción.
La finalidad del sistema (BI-FUEL) es realizar el monitoreo de las variables:
temperatura, vibración y presión del motor de combustión interna, para efectuar la
dosificación del gas previamente tratado. Tal como se detallará más adelante,
este gas es proveniente de un scrubber cercano al separador de producción y
funcionará en concordancia con el requerimiento de carga del motor de
combustión interna.
2.1 DESCRIPCION GENERAL
Tal como ya se ha explicado, el sistema BI-FUEL permitirá la operación de un
motor con una mezcla de combustible diesel y gas. Esto se logra mediante el uso
del así denominado “kit BI-FUEL” que es capaz de realizar una mezcla óptima de
gas y el aire sin pérdida de energía o eficiencia en el motor mediante la utilización
de un Sistema Dinámico de Control (SDC) que puede responder en tiempo real a
las variaciones de carga del motor.
El aire y el gas son premezclados en la entrada de aire del motor, para luego
admitir el gas en la cámara de combustión a través de la válvula de admisión de
aire.
53
Debido a la alta temperatura de autoencendido del gas, la mezcla aire-gas no
enciende durante la carrera de compresión por tener un alto octanaje (entre 110 y
130 octanos).
La mezcla es encendida cuando el inyector de diesel rocía una
pequeña cantidad de combustible dentro de la cámara y actúa como piloto para la
ignición del combustible primario, en este caso el gas procedente del scrubber.
Fuente: http://www.librospdf.net/octanaje/1/
La mezcla aire, gas, diesel en la cámara de combustión se realiza como muestra
la Figura 2.1
Figura 2.1 Conversión del sistema Diesel a BI-FUEL
La conversión BI-FUEL propuesta en este proyecto no requiere modificaciones en
el motor y causa los siguientes beneficios en el nuevo sistema:
•
Uso flexible del combustible, reemplazo de un 0% al 40% de energía de
gas por diesel.
•
Garantiza la potencia de salida
•
Económica solución en motores de baja, mediana y alta potencia con
sistema de inyección electrónica.
•
Reducción de emisión de gases al medioambiente
•
Economía en costos para una cierta potencia generada
54
Como en
todo cambio a un sistema original, éste presenta las siguientes
desventajas:
•
Aumento de la frecuencia de cambio de aceite del motor, debido a su
mayor deterioro al ingresar un gas que no es 100% metano (CH4)
•
Reducción de aire en la cámara de combustión por lo cual se limita al
motor y no se pueda trabajar al 100% de su capacidad
•
Límite máximo de ahorro en diesel de un 50%.
2.2 HARDWARE DEL SISTEMA BI-FUEL
El hardware de un sistema BI-FUEL se representa en los diagramas P&ID de las
Figuras 2.3 y 2.4 conjuntamente y a continuación se presenta las respectivas
partes del sistema con su descripción.
Todos los equipos e instrumentos a implementar son totalmente industriales
explosión proof y están ligados a las siguientes normas según su característica e
instalación:
MECÁNICA Y TUBERÍA
ASTM
American Society for Testing Materials
ASME
American Society of Mechanical Engineers
ANSI
American National Standards Institute
NFPA
National Fire Protection Association
API
American Petroleum Institute
CMAA
Crane Manufacturers Association of America
AWS
American Welding Society
AWWA
American Water Work Association
SSPC
Standard Steel Painting Council
NACE
National Association of Corrosion Engineers
ELÉCTRICA E INSTRUMENTACIÓN
IEEE
Institute of Electrical and Electronic Engineers
NEC
National Electrical Code
UL
Underwriters Laboratories
ISA
Instrumentation Society of America
NFPA
National Fire Protection Association
NEMA
National Electrical Manufactures Association
55
SEGURIDAD Y SALUD OCUPACIONAL
OSHA
Occupational Safety and Healt Association
2.2.1 EQUIPAMIENTO BÁSICO:
El sistema (BI-FUEL) estará compuesto básicamente por:
Figura 2.2 Diagrama general del sistema BI-FUEL
•
Scrubber
•
Línea principal de gas desde el scrubber
•
Válvula manual on/off (V)
•
Válvula solenoide NC (SV)
•
Filtro de gas
•
Válvula reguladora de presión (VRP)
•
Válvula dosificadora de gas (VCF)
•
Sensores de temperatura (TT)
•
Sensor de vibración (TV)
•
Sensores de presión (TIP)
•
Controlador (PLC) e Interfaz Humano Máquina (HMI)
56
Figura 2.3 Diagrama P&ID del sistema de inyección de gas asociado
57
Figura 2.4 Diagrama P&ID del sistema de inyección de gas asociado
58
2.2.1 SCRUBBER
El objetivo de ubicar un scrubber al inicio de la línea de gas es la deshidratación,
que es el proceso de remoción del vapor de agua contenido en un flujo de gas y
reducir así la temperatura a la cual el agua se condensa.
Esta temperatura se conoce como el punto de rocío del gas, se sabe también que
el contenido de agua en un flujo de gas es un parámetro establecido como valor
máximo que debe tener el gas antes de ser utilizado como combustible. Como
límite, el contenido
de agua máximo en el gas debe ser no mayor a 7lb/MMPC
para conservar las características del aire admitido en la cámara de combustión.
Es muy importante bajar la cantidad de agua contenida en el gas, ya que puede
reaccionar con los componentes ácidos y formar un ácido altamente corrosivo.
La capacidad de un flujo de gas para mantener el vapor de agua se reduce,
cuando el flujo se comprime o enfría.
2.2.2 LINEA DE GAS (tubería)
El siguiente cálculo del diámetro de la tubería está basado en la ecuación de
Weymouth (ecuación 2.1) y se desprecia la posible caída de presión causada por
los futuros instrumentos ubicados en la línea de transporte de gas.
2.2.2.1 Ecuación de Weymouth.
2.61 10
!
!.""# $% &
' !! 288
*
()
,
ecuación 2.1
Fuente: Norma ASME B 31.8
Donde:
•
Q = Flujo (m3/h)
•
d = Diámetro (mm)
•
P1 = Presión inicial absoluta (Kg/cm2)
•
P2 = Presión final absoluta (Kg/cm2)
•
S = Gravedad específica del gas (adimensional)
•
L = Longitud (kilómetros)
59
•
T = Temperatura (°K)
Despejando el valor del diámetro (d) de la ecuación 2.1 se tiene:
3
√(),
2,61 100 62887&! ' 7!! &/!,""#
8
ecuación 2.2
A continuación en la Tabla 2.1 se indica los datos necesarios para obtener el
diámetro de la tubería de transporte de gas, los cuales fueron medidos en el
campo y mediante una cromatografía se obtuvo los valores de gravedad
específica y poder calorífico del gas natural a transportar que anteriormente se
indico en la Tabla 1.3 del Capítulo 1.
Tabla 2.1
DESCRIPCION
CANTIDAD
Fluido a transportar
Gas natural asociado de una
planta de Hidrocarburos
20 – 35 psi
Presión de la fuente de gas
natural
Presión de ingreso al múltiple de
admisión
Temperatura
1 – 4 psi
150 F
Gravedad Específica del gas
natural
Poder calorífico del gas natural
1.01
Poder calorífico del diesel
131036 btu/gal
1503,42 btu/sfc
El cálculo del caudal depende de la cantidad máxima de ahorro de diesel o
relación diesel gas en la cámara de combustión. Se determinó un ahorro de
combustible del 40% de diesel para un motor 3406 que tiene una potencia de
320KW y 400 KVA, que tiene un consumo como se indica en la
Tabla 2.2
%CARGA
100
75
50
0
GALONES/DIA
662,4
540
412,8
158,4
Tabla 2.2
60
Con datos de consumo de combustible en función de potencia y el poder calorífico
de diesel se encuentra una relación entre BTU consumidos en unidades de
tiempo (BTU/hora, BTU/día)
en función de la potencia nominal del grupo
electrógeno y eso se presenta en la Tabla 2.3.
Tabla 2.3
%CARGA
100%
75%
50%
0%
GALONES/HORA
27,6
22,5
17,2
6,6
GALONES/DIA
662,4
540
412,8
158,4
BTU/HORA
BTU/DIA
3616593,6
86798246,4
2948310
70759440
2253819,2
54091660,8
864837,6
20756102,4
Si los BTU/hora para cubrir la energía necesaria de cierta carga en un grupo
electrógeno que funciona con un motor totatalmente a diesel se divide, bajo el
supuesto, para este caso en particular, que se trabaja con un motor BI-FUEL en el
cual el 40% de los BTU/hora son producidos por un cierto volumen de gas natural
y el 60% restante de BTU/hora son producidos por el combustible diesel, se tiene
un flujo de gas en función de la potencia del generador como se muestra en la
Tabla 2.4.
Tabla 2.4
%CARGA
60%
45%
30%
0%
%CARGA
40%
30%
20%
0%
Sistema BI-FUEL con un ahorro del 40% de diesel
GALONES/HORA
16,56
13,5
10,32
3,96
Diesel
GALONES/DIA
397,44
324
247,68
95,04
BTU/HORA
2169956,16
1768986
1352291,52
518902,56
BTU/DIA
52078947,84
42455664
32454996,48
12453661,44
BTU/HORA
1446637,44
1179324
901527,68
345935,04
Gas Natural
BTU/DIA
34719298,56
28303776
21636664,32
8302440,96
sfc/HORA
962,231073
784,427505
599,651248
230,098735
sfc/DIA
23093,54576
18826,26013
14391,62996
5522,369637
El flujo de gas se obtiene de una división entre los BTU/día del gas dividido para
el poder calorífico del gas (BTU/sfc) que se encuentra en la Tabla 1.2 para este
caso en particular.
61
Ejemplo de cálculo:
Datos conocidos:
Consumo de diesel al 100% de carga
27,6 galones por día
Poder calorífico del diesel
131036 BTU/galón
Poder calorífico del gas
1503,42 BTU/sfc
Porcentaje del remplazo de gas por diesel
40%
Cálculo de los BTU/día producidos por el diesel al 100% de carga
BTU/día de diesel al 100% de carga D D íE
BTU/día de diesel al 100% de carga 27,6
G 131036I,J
í
G
BTU/día de diesel al 100% de carga 86798246,4 I,J/í
Cálculo de los BTU/día producidos por el diesel al 100% de carga con un
sistema combinado de combustible 60% diesel y 40% gas natural
BTU/día de diesel al 100% de carga86798246,4BTU/día60%
BTU/día de diesel al 100% de carga52078974BTU/día
Cálculo de los BTU/día producidos por el diesel al 100% de carga con un
sistema combinado de combustible 60% diesel y 40% gas natural
BTU/día de gas natural al 100% de carga86798246,4BTU/día40%
BTU/día del gas natural al 100% de carga34719298,56 BTU/día
Cálculo del flujo del gas natural en sfc/día (pies cúbico estándar por día) al
100% de carga con un sistema combinado de combustible 60% diesel y 40%
gas natural
Flujo del gas natural
BTU/día del gas natural
7 íE
GD Flujo del gas natural
86798246,4 BTU/día
1503,42 BTU/sfc
Flujo del gas natural 23093,54 DE/í
62
Se continúa con el cálculo del diámetro de la tubería, para los datos que se que
se obtienen de la Tabla 2.5, mediante un cambio de unidad, según se requiere,
para el uso de la ecuación de Weymouth:
Tabla 2.5 Datos de la ecuación de Weymouth
T
338,705556
[oK]
P1
0,703069743
[kg/cm2]
P2
0,140613949
[kg/cm2]
S
0,62
[gravedad especifica]
L
0,025
[km]
Q
52,1040582
[m3/hora]
Diámetro en pulgadas (in)
0,875338856
El diámetro apropiado que se encuentra ya normalizado y es el más próximo será
una tubería de una pulgada.
2.2.2.2 Calculo del espesor de la tubería
Después de haber dimensionado el diámetro apropiado es necesario escoger un
tubo con suficiente espesor de pared para que pueda resistir la presión interna.
2.3.2.2.1 Requerimientos y Normas
Existen diferentes normas usadas para dimensionar el espesor de la pared de un
tubo, pero las siguientes normas listadas son las más comunes en el diseño de
facilidades de producción en campos petroleros.
ANSI B 31.3 – Sistemas de Tuberías para Plantas Químicas y Refinerías de
Petróleo.
ANSI B 31.8 – Sistemas de Tuberías para Distribución y Transmisión de Gas.
63
2.3.2.3 Norma ANSI B 31.3
El espesor de la pared, especificado por la norma ANSI B 31.3 para un tubo,
puede ser determinado por:
ST U VW U
XY Z[
`S
!\]^XY _
&aa
&aabcd
`
2.3
Donde:
•
t
= Espesor de la pared del tubo especificado de acuerdo al diseño,
[pulg], la letra t por la (abreviatura del inglés thickness = espesor).
•
tc
= Espesor de corrosión permisible, [pulg.] (Normalmente 0.05 pulg.)
•
t th
= Tolerancia para procesos de mecanizado (Profundidad o hilo de la
rosca), [pulg] (Tabla 2.6).
•
Pi = Presión interna, [psi.]
•
do
= Diámetro externo, [pulg].
•
S
= Esfuerzo permisible para el material del tubo, [psi.], (Tabla 2.7)
•
E = factor longitudinal para juntas soldadas
= 1 para piezas unidas como una sola pieza.
= 0.85 para defectos irregulares en la soldadura
•
Y = factor propio de los aceros ferriticos.
= 0.4 para materiales ferrosos debajo de 900 °F.
= 0.5 para 950°F.
= 0.7 para 1000 °F y más.
•
Tol = tolerancia dada por los fabricantes.
= 12.5 % solo para API 5L en tubos hasta 20 pulg de diámetro.
= 10 % solo para API 5L, tubos de diámetro o mayores a 20 pulg.
Tabla 2.6 Profundidad Permisible para diferentes espesores de pared
t th
Diámetro nominal del tubo [pulg.]
¼-¾
½-¾
1–2
2 ½ - 20
0.05
0.06
0.08
0.11
64
Los valores indicados en la Tabla 2.6, pertenecen a los valores permitidos para
procesos de mecanizado de tubos como roscado, torneado, etc.
Tabla 2.7 Esfuerzos permisibles para tubos del mismo material, [psi]
Temperatura, °F
ASTM A106
API 5L
-20 a 100
20000
20000
200
20000
19100
300
20000
18150
400
20000
17250
500
18900
16350
600
17300
15550
650
17000
15000
La Tabla 2.7, indica los valores permisibles de esfuerzo para tubos a diferentes
grados de temperatura.
2.2.2.3 Norma ANSI B31.8
El espesor de la pared, especificado por la norma ANSI B 31.8 para un tubo,
puede ser determinado por:
XY Ze
!f]b\
ó 2.4
Donde:
•
t
= Espesor de la pared del tubo para ser especificado de acuerdo al
tubo,
•
[pulg.], la letra t por la (abreviatura del inglés thickness = espesor).
•
Pi = Presión interna, [psi.]
•
d o = Diámetro externo, [pulg].
•
S
= límite elástico mínimo del tubo, [psi.]
•
F
= Factor de diseño de acuerdo a la construcción (Tabla 2.8)
•
E
= factor longitudinal para juntas soldadas
= 1 para piezas unidas como una sola pieza.
= 0.80 para traslape fundido y tubería soldada con fusión eléctrica.
= 0.60 para tubería soldada a tope
•
T
= factor de reducción de temperatura (tabla 2.9)
65
Tabla 2.8 Factores de diseño según su construcción
Tipo de
Factor de
Descripción General
Construcción
Diseño, F
A
0.72
Campos Petroleros y áreas escasamente pobladas
B
0.6
áreas semidesarrolladas y facilidades arrendadas
Áreas residenciales y comerciales, con estaciones de
C
0.5
compresión
Áreas altamente congestionadas con edificios de varios
D
0.4
pisos
Los valores de la Tabla 2.8 corresponden al factor de seguridad que al disminuir
incrementa el espesor del tubo. Esto es lógico ya que la seguridad es lo primero
cuando hay riesgo de vidas humanas, y más cuando se concentran en grandes
cantidades, como poblaciones o metrópolis.
Tabla 2.9 Factor de reducción de temperatura
Temperatura °F
Factor de reducción
-20 a 250
1.000
300
0.967
350
0.933
400
0.900
450
0.867
La Tabla 2.9 indica los valores del factor de reducción de temperatura que
disminuye cuando la temperatura de trabajo del sistema aumenta, dando como
resultado un mayor espesor en la pared de los tubos.
Aplicando la ecuación de la norma ANSI B 31.8

  100 
Pi d o
t = t c + t th +

2( SE + Pi Y )  100 − Tol 


  100 
100 × 1
t = 0.05 + 0.08 +
= 0.182in = 4.62mm
2 × (20000 × 0.085 + 100 × 0.04)  100 − 12.5 

Material: de preferencia acero inoxidable, acero al carbón.
Cedula: 80
Fuente: Norma ASTM A53, Cortesía TECNOFLOW, Anexo IV
66
2.2.3 VÁLVULA MANUAL DE BOLA
El uso de las válvulas de bola es la mejor manera para cerrar el suministro de
gas. Las válvulas ofrecen una total estanqueidad para gases y funcionan durante
años sin mantenimiento. Además, la posición de su manecilla indica claramente si
la válvula está cerrada o abierta.
Esta válvula es comandada por el operador, cortando o alimentando el suministro
de gas, según se presenten las condiciones del sistema y decisión del operador.
La válvula de bola instalada antes del filtro de aire tiene el objetivo de permanecer
cerrada mientras se regula la presión del gas al ingreso del motor, esto con el fin
de evitar un transitorio inicial con presión elevada de gas en el múltiple de
admisión de aire.
2.2.4 VÁLVULA SOLENOIDE NORMALMENTE CERRADA
Esta válvula se des-energiza cortando el suministro gas si se presentan las
condiciones anormales de funcionamiento en el motor de combustión interna:
•
Baja y alta presión en el múltiple de admisión del motor.
•
Baja y alta presión en la línea de suministro de gas.
•
Alta vibración y alta temperatura en el motor, cilindros o tubo de escape.
•
Control on/off realizado por el operador por intermedio del HMI
•
También se des-energiza cuando se corta el suministro eléctrico al panel
de control del sistema BI-FUEL
Los criterios de diseño de la válvula son:
•
Fluido a transportar (gas asociado)
•
Presión de entrada del fluido (30 – 50 psi)
•
Energía disponible, y tipo de ambiente (Solenoide 24VDC)
•
Energía del actuador (neumática 30 psi)
•
Numero de vías (1 con orificio de venteo)
•
Válvula normalmente cerrada
67
2.2.5 FILTRO DE GAS NATURAL
El agua y las sales disueltas que arrastra, son unos de los peores males para
motores y turbinas. Es el causante de corrosión en motores y la combustión de
sodio causa el desarrollo de fracturas en las paletas de turbinas de gas, camisas y
pistones del motor.
Los filtros coalescentes son diseñados para reducir el contenido de agua hasta
niveles aceptables, de 15ppm (0,0015%). Los filtros coalescentes proporcionan
una sencilla y eficaz manera de eliminar tanto agua como contaminantes sólidos
de combustibles y aceites lubricantes. No disponen de mecanismos ni piezas
móviles que podrían averiarse, por lo tanto no necesiten más mantenimiento que
el cambio de cartucho cuando este esté colmatado. El cartucho es de larga vida,
generalmente de 1 año o más según las condiciones del fluido filtrado.
El cartucho consiste de dos etapas, uno filtrante para eliminar partículas y el otro
de media coalescente para separar y eliminar el agua. Se instala después de los
filtros principales o centrifugadora, antes de los filtros finos de pulido. De esta
manera se garantiza una larga vida porque la mayor parte de contaminantes
gruesos han sido eliminados anteriormente. La cantidad de agua que elimina del
combustible o aceite no acorta la vida del cartucho.
El empleo de un filtro coalescente permite un pre-tratamiento con agua de
combustibles ligeros. A continuación, cuando el combustible pasa por el filtro
coalescente, se elimina tanto el agua como las sales que estén disueltas en el.
Este tipo de filtro ayuda a mejorar la efectividad, fiabilidad y vida de maquinaria
suministrando fluidos limpios y libres de agua.
El principio de Coalescencia
La eliminación de agua del combustible o aceite se lleva a cabo pasando el fluido
a través de una espesa capa de fibras inorgánicas, en un proceso de dos etapas
explicados a continuación:
68
1) Formación de gotas: Bajo las condiciones de flujo laminar, el combustible
viaja a través de las fibras, llevándose consigo el agua en forma de pequeñas
gotas hasta que estas quedan interceptadas por una fibra. Cuando una gota se
aproxima a una fibra, el desplazamiento e inercia por viscosidad reducen el grosor
de la película de combustible entre la gota y la fibra. Eventualmente esta película
se reduce a tal punto que la atracción molecular entre la gota de agua y la fibra es
mayor que la atracción molecular entre el combustible y la fibra. En este punto el
agua desplaza el aceite y la gota rompe, lo que permite su adherencia a la fibra.
Inicialmente la gota de agua permanece estacionaria mientras que siguen
adhiriéndose otras gotas a la fibra.
2) Decantación de las gotas: En tanto se vaya acumulando las gotas de agua,
estas son propulsadas a lo largo de las fibras por el flujo del gas. Las gotas de
agua se juntan y fusionan entre sí, de una manera similar a las gotas de lluvia que
discurren por una ventana. Las gotas siguen juntándose con otras gotas de fibras
adyacentes, formando tributarias cada vez más grandes hasta formar un "arroyo"
a la periferia del cartucho. Eventualmente los arroyos forman gotas grandes de
agua en el exterior del cartucho. Estas gotas se mantienen en posición gracias a
la tensión interfacial. Las gotas crecen en tamaño hasta que la gravedad les
obliga a separarse de la pared del cartucho y decantarse hacia abajo, al cárter del
filtro. Una rejilla de acero inoxidable tratado con PTFE situado alrededor del
cartucho, retiene cualquiera gota de agua pequeña que no decanta por gravedad.
Esto asegura que la salida del filtro esté libre de agua.
2.2.6 VALVULA REGULADORA DE PRESIÓN
El gas resultante de la planta deshidratadora se encuentra a una presión que
imposibilita la dosificación directa al motor de combustión interna. La función de la
PRV es reducir la presión a los requerimientos de trabajo del motor, la presión
debe ser superior a la presión atmosférica y no superior a los 3 psi.
2.2.6.1 Operación de la válvula de regulación automática
El obturador y el piloto de la válvula son las únicas unidades en movimiento.
69
El Tapón Piloto consiste en dos esferas rígidas de acero conectadas entre sí. La
presión corriente arriba (de color rojo) es la fuente de presión del piloto y también
está en comunicación con la parte superior del Diafragma motor de la válvula.
El área del Diafragma motor de la válvula es dos veces el área del asiento
motor de la válvula, garantizando un cierre total positivo.
El asiento inferior para el Tapón Piloto es la presión de entrada que actúa sobre
el diafragma motor de la válvula. El asiento inferior para el Tapón Piloto es la
presión de la abertura (atmosférica). El resorte piloto está en la parte superior
del piloto y está opuesto a la parte de abajo para el control de la presión de
descarga (de color azul).
Figura 2.5 Válvula reguladora de presión.
Se asume que el resorte piloto esta comprimido con el tornillo de regulación
para una cierta presión fijada a la salida. Con la presión de salida (de color azul)
70
demasiado baja, el resorte piloto fuerza a descender a cerrar el asiento superior
del piloto (de color amarillo) y abre el asiento inferior (rojo a amarillo).
Toda la presión de entrada en la parte superior del diafragma se equilibra con la
presión en la parte superior del piloto. La presión de entrada
actúa por debajo
del obturador de la válvula, abriendo la válvula. Como la presión de salida (de
color azul) incrementa a la presión fijada, el obturador asume una posición en que
ambos asientos del tapón piloto están cerrados.
2.2.6.2 Características de la válvula
• Sistemas en donde se necesita una gama predeterminada de presiones.
•
Aplicada en gas.
•
No se requiere potencia auxiliar para la operación.
•
Seguridad del sistema.
•
Construcción con diafragma para válvulas utilizadas en servicio corrosivo.
•
Cuerpo de acero al carbono o acero inoxidable.
2.2.6.3 Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
• Se debe instalar de acuerdo con las disposiciones del Código ASME para
recipientes de presión sin fuego.
•
Se debe instalar en lugares de fácil acceso para inspección y
mantenimiento.
2.2.7 VÁLVULA CONTROLADORA DE FLUJO
La válvula controladora de flujo está constituida por un diafragma que trabaja con
una señal de 6 a 30 psi y un transductor IP (corriente a presión) el cual sirve de
interfaz entre el PLC y la válvula dosificadora de gas. El recorrido del dosificador
es de característica de igual porcentaje y continúo. Esta válvula se diseña en
función de las características de carga del motor de combustión interna. La
cantidad de gas esta limita por:
•
La relación aire combustible en la cámara de combustión.
71
•
Cilindrada de la cámara de combustión.
•
Porcentaje de ahorro de diesel.
•
Calidad del gas (Poder calorífico [btu/scf]).
•
Disponibilidad del suministro de gas natural.
2.2.7.1 Tamaño de la válvula (Cv)
El coeficiente (Cv) de la válvula para fluidos compresibles como el gas natural
viene determinada por la ecuación 2.3:
Cv q
T1 Gg
$
1360 Y DP P1
ecuación 2.3
Fuente: Norma ISA S75.01
NOMENCLATURA
•
Cv = Coeficiente de flujo de la válvula (adimensional)
•
q = Rata de flujo volumétrico, scfh
•
Gg = Gravedad específica del gas.
•
DP = Presión diferencial, psi
•
T1 = Temperatura absoluta antes de la válvula, °R.
•
P1 = Presión absoluta estática corriente arriba, psia.
•
P2 = Presión absoluta estática corriente abajo, psia
•
Y = Factor expansión, Y = 0.667 a P2 <= 0.5 P1, Y = 1.000 cuando P2 >
0.5 P1.
•
Para el cálculo del Cv máximo requerido de la válvula se realiza los
cálculos con el caudal empleado en el cálculo de la tubería y valores de la
Tabla 2.10.
Tabla 2.10 Parámetros del sistema
Q [scf/día]
23093,545
T1 [°F - °R]
150 - 609.17
P1 [psi]
19,7
P2 [psi]
17.2
Y
1
Gg
1.01
72
Remplazando estos valores como ejemplo de cálculo en la ecuación 2.3 se tiene:
Cv Cv 609.17°R Gg
q
$
DP P1
1360 Y
23093,545
609.17°R 1.01
$
1360 1 19,7 ' 17,2 17,2
o 2,238
Cv = 2,2386034 como máximo para las siguientes condiciones:
Un de 30% de ahorro de combustible
Poder calorífico del gas de 1503.42 btu/scf
Presión especifica del gas de 1.01
Se supone una caída de presión de 2 psi como máxima DP.
2.2.8 TRANSDUCTOR FISHER I2P-100
La función del transductor I2P-100 en el sistema es comunicar al Controlador
(PLC) con la válvula dosificadora de gas. El transductor recibe a la entrada
4-20 mA y transmite una salida neumática proporcional configurable en los
siguientes rangos típicos a la salida de 3 a 15 psig, 6 a 30 psig y de 2 a 33 psig.
2.2.9 INDICADOR DE PRESIÓN
El indicador de presión indica localmente la presión de la línea de ingreso del gas
al sistema BI-FUEL y la presión del gas al ingreso del múltiple de admisión de aire
del motor.
Las escalas a manejar son:
•
Línea de suministro de gas 0-60 psi
•
Línea de gas regulado 0 -5 psi en unidades de inH2O
73
2.2.10 TRANSMISOR DE PRESIÓN
Las variaciones de carga del motor son monitoreadas por medio de un transmisor
de presión instalado en el múltiple de admisión. En función de esta variación el
sistema de control realiza un ajuste automático de la dosificación del gas a partir
de una relación matemática configurada previamente en el controlador (PLC) y
depende de cada motor en particular. Al superar un valor máximo o mínimo
configurado se realiza el corte progresivo del suministro de gas, por lo tanto el
motor quedará operando 100% diesel. Una vez cortado el suministro de gas y si el
nivel de presión aún excede el máximo configurado se activa una señal de paro
de emergencia que deberá estar integrada en el sistema de control del motor.
2.2.11 SENSOR DE TEMPERATURA
Para brindar protección al motor se instala en la salida del tubo de escape y
múltiple de admisión de aire sensores de temperatura (termocuplas tipo J). Esta
señal electrónica es enviada a un transmisor para posteriormente transmitir a la
unidad de control para que al superar un valor máximo configurado realice el corte
progresivo del suministro de gas, por lo tanto el motor quedará operando 100%
diesel. Una vez cortado el suministro de gas y si el nivel de temperatura aún
excede el máximo configurado se activa una señal de paro de emergencia que
deberá estar integrada en el sistema de control del motor.
Los niveles normales de operación son:
•
80 °C en el múltiple de admisión de aire del motor.
•
170 °C en el tubo de los gases de escape del motor.
2.2.12 TRANSMISOR INDICADOR DE TEMPERATURA
Para transmitir la señal que brindan las termocuplas ubicadas en el tubo de gases
de escape y múltiple de admisión de aire se usarán dos transmisores de
temperatura de 4 a 20 mA, para obtener una comunicación con el PLC.
74
2.2.13 TRANSMISOR DE VIBRACIÓN
Monitorea la vibración del motor. Esta señal electrónica es enviada a la unidad de
control para que, al superar un valor máximo configurado, realice el corte
progresivo del suministro de gas, por lo tanto el motor quedará operando 100%
diesel. Una vez cortado el suministro de gas y si el nivel de vibración aún excede
el máximo configurado se activa una señal de paro de emergencia que deberá
estar integrada en el sistema de control del motor.
2.2.14 INTERFACE HOMBRE MÁQUINA HMI
El panel del operador se encarga de realizar la supervisión del sistema, mostrar
condiciones anormales de funcionamiento del motor, alarmas y configuración en
línea de determinados parámetros de la unidad de control, dependiendo del nivel
de acceso del operador. El HMI a implementar es un Panel View 550 de Allen
Bradley que se muestra en la Figura 2.6
Figura 2.6 Panel View 550 de Allen Bradley
El Panel View 550 es compatible directamente con cualquier controlador Allen
Bradley y consta con funciones tales como: Ingreso y visualización numérica de
variables, Indicadores gráficos, alarmas, etc.
2.2.15 CONTROLADOR
El sistema está constituido por un controlador lógico programable (PLC) con sus
respectivos módulos análogos y digitales cuya filosofía de control a desarrollarse
es flexible y estará de acuerdo a las más estrictas exigencias.
75
2.2.15.1 Determinación de los requerimientos para el controlador
En este ítem primero se realizará un listado de estados y variables que requiere el
sistema BI-FUEL para una supervisión y control adecuados según la necesidad
del sistema, garantizando un funcionamiento efectivo y eficaz, para una posterior
asignación de recursos basada en un sistema de control con equipos e
implementos en su totalidad
de la marca Allen Bradley, que es una línea
ampliamente manejada en el distrito amazónico de petroproducción
Tabla 2.11 ENTRADAS DIGITALES
TAG
DESCRIPCIÓN
SEÑAL
ON_OFF-BF
ON/OFF BI-FUEL
1L / 0L
TEST_ALARM-BF
TEST DE ALARMAS
1L / 0L
ACK_ALARM-BF
RECONOCIMIENTO DE ALARMAS
1L / 0L
RESET-BF
RESET BI-FUEL
1L / 0L
ON_OFF-GEN
ON/OFF GENERADOR
1L / 0L
FAIL-GEN
FALLA DEL GENERADOR
1L / 0L
Tabla 2.12 SALIDAS DIGITALES
TAG
DESCRIPCIÓN
ALARM-BF
ALARMA BI-FUEL
CONTROL ON/OFF VALVULA
VSD-BF
ELECTRONEUMATICA
SHUTDOWN-GEN SALIDA SHUTDOWN GENERADOR
SEÑAL
1L / 0L
1L / 0L
1L / 0L
Tabla 2.13 ENTRADAS ANALOGICAS
TAG
TT-GEN-02
DESCRIPCIÓN
PRESIÓN DEL MULTIPLE DE ADMISIÓN
DEL MOTOR
PRESIÓN DE LA LINEA DE GAS
REGULADA
PRESIÓN DE LA LÍNEA DE GAS SIN
REGULAR
TEMPERATURA DE LOS GASES DE
ESCAPE DEL MOTOR
TEMPERATURA DEL MOTOR
TIJ-GEN
POTENCIA DEL GENERADOR KVA
4-20 mA
TV-GEN
VIBRACIÓN DEL MOTOR
4-20 mA
TP-GEN
TP-BF-01
TP-BF-02
TT-GEN-01
Tabla 2.14 SALIDAS ANALÓGICAS
SEÑAL
4-20 mA
4-20 mA
4-20 mA
4-20 mA
4-20 mA
76
TAG
IP_FCV-BF
DESCRIPCIÓN
CONTROL DE LA VÁLVULA
DOSIFICADORA DE FLUJO
SEÑAL
4-20 mA
El controlador seleccionado es el SLC 500/04 de Allen Bradley que se encuentra
disponible en el bloque 27 de Petroproducción, sin descartar que existan otras
soluciones.
2.2.15.2 Características del Micrologix SLC 500/04
•
Memoria de gran capacidad de usuario
Mayor que memoria de usuario de 7 K
•
Matemática de enteros con signo de 32 bits
•
Capacidades PID incorporadas
•
Puerto de comunicación RS-232 adicional, el cual permite acceso de
programación al controlador, mientras está conectado a otros dispositivos o
redes.
•
Protección de descarga del archivo de datos, lo cual evita que los datos
críticos del usuario sean sobrescritos durante las transferencias lógicas
•
Protección del archivo de datos estáticos, lo cual evita que los datos del
usuario sean alterados mediante la comunicación(1)
•
Capacidad de lectura/escritura ASCII con archivo tipo cadena(1)
•
La instrucción de registro de datos almacena hasta 50 KB
2.2.15.4 Conexiones al PLC
Las conexiones del controlador están realizadas en base a un controlador SLC
5/04 de Allen Bradley el cual requiere los siguientes módulos para comandar el
sistema de control.
77
78
COMPONENTES DEL CONTROLADOR
•
SLC Allen Bradley 5/04, Part 1747-L542
•
16-Input (SINK) 24 VDC, Part# 1746-IB16
•
16-Output ( - RLY) 240 VAC Part# 1746-OW16
•
Analog 8 Chanel Input Class 3 Part#1746-NI8
•
Analog 4 Chanel, Current Output, Part# 1746-NO41
COMPONENTES AXILIARES PARA CONEXIÓN E INTALACIÓN
•
40 Spirng-Clamp terminal Blocks, Part# 1492-RFB424
•
Reset Operators, Part# 800FP-R611
•
Emergency stop Operators, 800FP-MT34
•
Momentary Push Button Operator, 80FP-MM42
•
Panel Mount Combined Sounder with LED Beacon, Part#855PC-B24LE422
•
30 cm cable 8-pin mini DIN for ML1200 CH0
•
Box HOLFMAN type NEMA 3R
2.2.15.5 Señales al PLC
Tabla 2.15 Conexiones al módulo 16-Input (SINK) 24 VDC, Part# 1746-IB16
CANAL
IN0/DC COM
ON_OFF-BF
ON/OFF BI-FUEL
1L / 0L
IN1/ DC COM
TEST_ALARM-BF
TEST DE ALARMAS
1L / 0L
IN2/ DC COM
ACK_ALARM-BF
RECONOCIMIENTO DE ALARMAS
1L / 0L
IN3/ DC COM
RESET-BF
RESET BI-FUEL
1L / 0L
IN4/ DC COM
ON_OFF-GEN
ON/OFF GENERADOR
1L / 0L
IN5/ DC COM
FAIL-GEN
FALLA DEL GENERADOR
1L / 0L
TAG
DESCRIPCIÓN
SEÑAL
Tabla 2.16 Conexiones al módulo 16-Output ( - RLY) 240 VAC Part# 1746-OW16
CANAL
TAG
OUT0/VAC-DC ALARM-BF
OUT1/VAC-DC
VSD-BF
DESCRIPCIÓN
ALARMA BI-FUEL
CONTROL ON/OFF VALVULA
ELECTRONEUMATICA
OUT2/VAC-DC SHUTDOWN-GEN SALIDA SHUTDOWN GENERADOR
SEÑAL
1L / 0L
1L / 0L
1L / 0L
79
Tabla 2.17 Conexiones al módulo Analog 8 Chanel Input Class 3 Part#1746-NI8
CANAL
IN0+/IN0-
IN4+/IN4-
TT-GEN-02
DESCRIPCIÓN
PRESIÓN DEL MULTIPLE DE ADMISIÓN
DEL MOTOR
PRESIÓN DE LA LINEA DE GAS
REGULADA
PRESIÓN DE LA LÍNEA DE GAS SIN
REGULAR
TEMPERATURA DE LOS GASES DE
ESCAPE DEL MOTOR
TEMPERATURA DEL MOTOR
IN5+/IN5-
TIJ-GEN
POTENCIA DEL GENERADOR KVA
4-20 mA
IN6+/IN6-
TV-GEN
VIBRACIÓN DEL MOTOR
4-20 mA
IN1+/IN1IN2+/IN2IN3+/IN3-
TAG
TP-GEN
TP-BF-01
TP-BF-02
TT-GEN-01
SEÑAL
4-20 mA
4-20 mA
4-20 mA
4-20 mA
4-20 mA
Tabla 2.18 Conexiones al módulo Analog 4 Chanel, Current Output, Part# 1746-NO41
TAG
IP_FCV-BF
DESCRIPCIÓN
CONTROL DE LA VÁLVULA
DOSIFICADORA DE FLUJO
SEÑAL
4-20 mA
2.3 DESARROLLO DEL SOFTWARE DEL SISTEMA BI-FUEL
2.3.1 PRINCIPALES CARACTERISTICAS DEL SISTEMA
El sistema BI-FUEL a implementar deberá presentar las siguientes características:
•
Sistema completamente automático
•
Operación extremadamente eficiente con un porcentaje del 60% al 100%
del consumo original de diesel
•
Sistema intrínsecamente seguro
•
No presentar perdidas de la potencia del sistema
•
Responde a tiempo real a cambios de carga
•
Cambio de operación del sistema sin paros forzados
•
Fácil operación
•
Servicios de intervalos prolongados
•
Alta sensibilidad a cambios extraordinarios del motor
80
•
Sistema individuales de inyección de combustible
•
Detección y visualización de alarmas para proteger al sistema
•
Control y monitoreo de variables del sistema
2.3.2 MANUALES DE PROGRAMAS UTILIZADOS
Para la creación del programa del PLC se requiere los siguientes programas:
•
Software de programación del PLC RSLogix 500 Pro.
•
Software de enlace de comunicación RSLink Classic.
2.3.2. 1 Introducción a RSLOGIX 500
RSLogix 500 es el software destinado a la creación de los programas del
autómata en lenguaje de esquema de contactos o también llamada lógica de
escalera (Ladder). Incluye editor de Ladder y verificador de proyectos (creación de
una lista de errores) entre otras opciones. Este producto se ha desarrollado para
funcionar en los sistemas operativos Windows®.
Existen diferentes menús de trabajo (Figura 2.8) en el entorno de RSLogix 500. A
continuación se hace una pequeña explicación de los mismos:
Figura 2.8 Vista principal de RsLogix500
81
Barra de menú: Permite realizar diferentes funciones como recuperar o guardar
programas, opciones de ayuda, etc. Es decir, las funciones elementales de
cualquier software actual.
Barra de iconos: Engloba las funciones de uso más repetido en el desarrollo de
los programas.
Barra de estado del procesador: Permite visualizar y modificar el modo de trabajo
del procesador (online, offline, program, remote), cargar y/o descargar programas
(upload/download program), así como visualizar el controlador utilizado (Ethernet
drive en el caso actual).
Los modos de trabajo más usuales son:
Offline: Consiste en realizar el programa sobre un computador, sin necesidad
alguna de acceder al PLC, para posteriormente, una vez acabado y verificado el
programa, descargarlo en el procesador. Este hecho dota al programador de gran
independencia a la hora de realizar el trabajo.
Online: La programación se realiza directamente sobre la memoria del PLC, de
manera que cualquier cambio que se realice sobre el programa afectará
directamente al procesador, y con ello a la planta que controla. Este método es de
gran utilidad para el programador experto y el personal de mantenimiento ya que
permite realizar modificaciones en tiempo real y sin necesidad de parar la
producción.
Árbol de Proyectos: Contiene todos las carpetas y archivos generados en el
proyecto, estos se organizan en carpetas. Las más interesantes para el tipo de
prácticas que se realizará son:
82
Controller Properties: contiene las prestaciones del
procesador que se está utilizando, las opciones de
seguridad que se quieren establecer para el
proyecto y las comunicaciones.
Processor Status: se accede al archivo de estado
del procesador
IO Configuration: Se podrán establecer y/o leer las
tarjetas que conforman el sistema.
Channel Configuration: Permite configurar los canales de comunicación del
procesador
Program Files: Contiene las distintas rutinas Ladder
creadas para el proyecto.
Data Files: Da acceso a los datos de programa
que se van a utilizar así como a las referencias
cruzadas (cross references). Se puede configurar
y consultar salidas (output), entradas (input),
variables binarias (binary), temporizadores (timer),
contadores (counter),
Si se selecciona alguna de las opciones se
despliegan diálogos similares al siguiente, en el
que se pueden configurar diferentes parámetros
según el tipo de elemento.
83
Panel de resultados: aparecen los errores de programación que surgen al verificar
la corrección del programa realizado
(situados en la barra de iconos).
Efectuando doble clic sobre el error, automáticamente el cursor se situará sobre la
ventana de programa Ladder en la posición donde se ha producido tal error.
También es posible validar el archivo mediante Edit > Verify File o el proyecto
completo Edit > Verify Project.
Barra de instrucciones: Esta barra le permitirá, a través de pestañas y botones,
acceder de forma rápida a las instrucciones más habituales del lenguaje Ladder.
Presionando sobre cada instrucción, ésta se introducirá en el programa Ladder.
Ventana del programa Ladder: Contiene todos los programas y subrutinas Ladder
relacionados con el proyecto que se realice. Se puede interaccionar sobre esta
ventana si escribe el programa directamente desde el teclado o se ayude con el
ratón (ya sea arrastrando objetos procedentes de otras ventanas ó si selecciona
opciones con el botón derecho del ratón).
2.3.2.1.1 Configuración del autómata y las comunicaciones
Para empezar se ha de configurar el autómata que se usará. Por ejemplo, se trata
de un MicroLogix 1500 LSP serie C. Para hacerlo se dirige al menú File>New y en
el diálogo que aparece se selecciona el procesador adecuado.
Figura 2.9 Selección del procesador
84
En el mismo diálogo se tiene la posibilidad de seleccionar la red a la que estará
conectado. Si se ha efectuado correctamente la configuración de la red
anteriormente (con el RSLinx) ya aparecerá el controlador correspondiente, en la
esquina inferior izquierda de la Figura 2.9 en el desplegable Driver. Si no, se
puede usar el pulsador que aparece (Who Active) que permite acceder a un
diálogo similar a RSWho y seleccionar la red definida. Se selecciona el autómata
MicroLogix 1500 que aparece. Para que aparezca el autómata en la red se debe
estar conectado a Internet y tener activado el RSLinx. Una vez aceptado (OK)
aparecerá la ventana del proyecto y la ventana del programa Ladder.
La configuración de la red se puede modificar en cualquier momento accediendo
desde el árbol de proyecto> Controller>Controller Communications.
Figura 2.10 Configuración de les comunicaciones del autómata
2.3.2.1.2 Edición de un programa Ladder
Las diferentes instrucciones del lenguaje Ladder se encuentran en la barra de
instrucciones que se presentan en la Tabla 2.19. Al presionar sobre alguno de los
elementos de esta barra estos se introducirán directamente en la rama sobre la
que se encuentre en ese momento.
85
Tabla 2.19 Instrucciones del lenguaje Ladder
Grupo de
Descripción
Funciones
Tipo relé (bit).
Las instrucciones tipo relé (bit) monitorean y controlan el estado de los bits.
XIC, XIOC, OTE, OTL, OTU, OSR, ONS, OSF
Temporizador y
Las instrucciones de comparación comparan valores usando una operación
controlador.
de comparación específica.
EQU, NEQ, LES, LEQ, GTR, GEQ, MEQ, LIM
Matemáticas
Las instrucciones matemáticas realizan operaciones matemáticas.
ADD, SUB, MUL, DIV, NEG, CLR, SQR, SCL, SCP
Conversión
Las instrucciones de conversión realizan el multiplexado y desmiltiplexado
de datos y realizan conversiones entre valores binarios y decimales. DCD,
ENC, TOD, FRD
Lógicas
Las instrucciones lógicas realizan operaciones bit o bit en las palabras.
AND, OR, XOR, NOT.
Transferencia
Las instrucciones de transferencia modifican o mueven palabras.
MOV, MVW
Archivo
Las instrucciones de archivo realizan operaciones en datos de archivo.
COP, FLL, BSL, BSR, FFL, FFU, LFL, LFU
Secuenciador
Las instrucciones de secuenciador se usan para controlar máquinas de
ensamblaje automático que tienen operaciones repetitivas.
SQC, SQO, SQL
Control
de
programa
Las instrucciones de flujo del programa cambian el flujo de la ejecución del
programa de la lógica de escalera.
JMP, LBL, JSR, SBR, RET, SUS, TND, MCR, END
Entrada y salida.
Las instrucciones de entrada y salida permiten interrumpir el programa en
base a eventos definidos. STS, INT, UID, UIE, UIF
Interrupción de
Las instrucciones de interrupción de usuario permiten interrumpir el
usuario
programa en base as eventos definidos. STS, INT, UID, UIE, UIF
Control de proceso
Las instrucciones de control de proceso proporcionan control de lazo
cerrado. PID
Comunicaciones
Las instrucciones de comunicación leen o escriben datos a otra estación.
MSG, SVC
Contador de alta
Las instrucciones de contador de alta velocidad configuran, controlan y
velocidad
monitorean los controladores de hardware del controlador.
HSL, RAC
86
CONTINUACIÓN DE LA Tabla 2.19
Salidas de alta
Las instrucciones de alta velocidad permiten controlar y monitorear las
velocidad
funciones POT y PWM, las cuales controlan las salidas físicas de alta
velocidad. PWM, POT
ASCII
Las instrucciones ASCII usan el canal de comunicación para recibir o
transmitir datos y manipular los datos de cadena.
ACB, ACL, AHL, ARD, AEX, ACI, AIC, SWP, AWT, AWA, ASC, ASR
Registro de datos
La instrucción de registro de datos permite definir variables y registrar sus
valores. DGL
A continuación se hace una explicación de ciertas instrucciones usadas:
Añadir una nueva rama al programa
Crear una rama en paralelo a la que ya está creada
Contacto normalmente abierto (XIC - Examine If Closed): examina si la
variable binaria está activa (valor=1), y si lo está permite al paso de la señal al
siguiente elemento de la rama. La variable binaria puede ser tanto una variable
interna de memoria, una entrada binaria, una salida binaria, la variable de un
temporizador.
Contacto normalmente cerrado (XIO - Examine If Open): examina si la
variable binaria está inactiva (valor=0), y si lo está permite al paso de la señal al
siguiente elemento de la rama.
Activación de la variable (OTE - Output Energize): si las condiciones previas
de la rama son ciertas, se activa la variable. Si dejan de ser ciertas las
condiciones o en una rama posterior se vuelve a utilizar la instrucción y la
87
condición es falsa, la variable se desactiva. Para ciertos casos es más seguro
utilizar las dos instrucciones siguientes, que son instrucciones retentivas.
Activación de la variable de manera retentiva (OTL - Output Latch): si las
condiciones previas de la rama son ciertas, se activa la variable y continúa
activada aunque las condiciones dejen de ser ciertas. Una vez establecida esta
instrucción solo se desactivará la variable usando la instrucción complementaria
que aparece a continuación.
Desactivación de la variable (OTU - Output Unlatch): normalmente está
instrucción se utiliza para anular el efecto de la anterior. Si las condiciones previas
de la rama son ciertas, se desactiva la variable y continúa desactivada aunque las
condiciones dejen de ser ciertas.
Flanco ascendente (ONS - One Shot): esta instrucción combinada con el
contacto normalmente abierto hace que se active la variable de salida únicamente
cuando la variable del contacto haga la transición de 0 a 1 (flanco ascendente).
Flanco descendente (ONR - One Shot Rising): esta instrucción combinada
con el contacto normalmente abierto hace que se active la variable de salida
únicamente cuando la variable del contacto haga la transición de 1 a 0 (flanco
descendente).
Temporizador (TON - Timer On-Delay): La instrucción sirve para retardar una
salida, empieza a contar intervalos de tiempo cuando las condiciones del renglón
se hacen verdaderas. Siempre que las condiciones del renglón permanezcan
verdaderas, el temporizador incrementa su acumulador hasta llegar al valor
preseleccionado. El acumulador se restablece (0) cuando las condiciones del
renglón se hacen falsas. Es decir, una vez el contacto (B3:0/0) se activa el
temporizador empieza a contar el valor seleccionado (Preset=5) en la base de
88
tiempo especificada (1.0 s.). La base de tiempo puede ser de 0.001 s., 0.01 s. y
1.00 s. Una vez el valor acumulado se iguala al preseleccionado se activa el bit
llamado T4:0/DN (temporizador efectuado). Este se puede utilizar como condición
en la rama siguiente.
Contador (CTU - Count Up): se usa para incrementar un contador en cada
transición de renglón de falso a verdadero. Por ejemplo, esta instrucción cuenta
todas las transiciones de 0 a 1 de la variable colocada en el contacto
normalmente abierto. Cuando ese número se iguale al preseleccionado (6 en este
caso) el bit C5:0/DN se activa. Este bit se puede usar posteriormente como
condición en otro renglón del programa.
Resetear (RES - Reset): La instrucción RES restablece temporizadores,
contadores y elementos de control. En el ejemplo presentado a continuación una
vez aplicado el reset, el contador se pone a cero y cuando la condición del
renglón del contador vuelva a ser cierta, empezará a contar de cero.
Para introducir el nombre de las variables se puede hacer mediante el teclado o a
partir del Árbol del proyecto>Data Files y seleccionar el elemento necesario
(salida, entrada, variable). Una vez seleccionado el elemento se abre una ventana
y se puede arrastrar con el ratón la variable como se muestra en la Figura 2.11, y
colocar el nombre de la variable (0:0.0/0) encima de la casilla verde de la
instrucción (indicada con el círculo azul).
Figura 2.11 Adición de variables
89
Para más información sobre las instrucciones usadas en el RSLogix 500 se puede
acceder al menú de ayuda: Help>SLC Instruction Help y se encuentra un
explicación muy detallada de su funcionamiento (Figura 2.12).
Figura 2.12 Ayuda del programa RsLogix 500
2.3.2.1.4 Descarga del programa
Una vez se ha realizado el programa y se ha verificado que no exista ningún error
se procede a descargar el programa al procesador del autómata (download).
Figura 2.13 Descarga del programa al autómata
A continuación aparecen diversas ventanas de diálogo que se deben ir aceptando
sucesivamente:
90
Figura 2.14 Paso a modo Remote Program
Figura 2.15 Transfiriendo datos del programa
Figura 2.16 Paso a modo Run (el programa está en funcionamiento)
91
Figura 2.17 Paso a modo on-line (conectado)
Figura 2.18 Programa on-line y forzado de entrada
Para desconectar el enlace entre el ordenador personal y el autómata se deben
seguir los siguientes pasos, siempre teniendo en cuenta que una vez
desconectado el autómata este sigue funcionando con el programa descargado.
Es importante dejar el programa en un estado seguro (pulsador de paro).
92
Figura 2.19 Paso a modo off-line (desconectado)
A continuación aparece un diálogo para salvar el programa realizado, de esta
manera se puede salvar todos los archivos de datos (tablas de variables, salidas,
temporizadores,...).
Figura 2.20 Salvar los resultados
Pueden surgir algunos problemas durante la descarga del programa, el más
común es que existan problemas con la conexión a Internet. Entonces al
descargar el programa surgirá un diálogo en el que se muestra que el camino de
la conexión no está funcionando (Figura 2.20). Para solucionar el problema se
93
debe comprobar si la configuración del drive en el RSLinx es correcta y si la
conexión a Internet del usuario está funcionando de manera normal (Figura 2.21).
Figura 2.21 Conexión sin funcionar
La Figura 2.22 muestra cuando se tiene
una buena o mala conexión con el
programa de comunicación entre el PLC y el computador.
Figura 2.22 Buena y mala conexión a Ethernet
Para desarrollar una aplicación con RsLogix500 Pro se procede con los pasos
que se presentan a continuación:
2.3.2. 1 Introducción a PanelBuilder
El PanelBuilder es un paquete basado en Windows de Microsoft que le permite
diseñar las aplicaciones del panel de control para el terminal PanelView. Para
94
simplificar el diseño de aplicación, el PanelBuilder usa menús, cuadros de diálogo
y herramientas que son estándares en Windows.
Una aplicación de PanelBuilder es una serie de pantallas que contiene objetos
tales como pulsadores, indicadores, listas del control y gráficos de barra. El
operador actúa recíprocamente con estos objetos en el terminal pulsando las
teclas de función o tocando la pantalla del terminal.
Las aplicaciones se transfieren entre su computadora y un terminal PanelView,
usando una conexión de serie, Pass–Through, o una tarjeta de memoria. Las
aplicaciones de PanelBuilder comunican datos a controladores lógicos en una
variedad de redes inclusive: DH–485, DH+, DF1, Remoto de E/S, DeviceNet y
ControlNet. Los puertos en el terminal PanelView determinan el protocolo de
comunicaciones usadas.
2.3.2.1.1 Creación de un nuevo proyecto en Panelbuilder32
a) Como primer paso se da clic en el icono de programa para acceder al
mismo y luego se presenta la siguiente ventana
b) Aquí se selecciona “Create a new application” y se da clic en OK y luego se
presentará la siguiente ventana.
95
•
Se da un nombre a la aplicación por ejemplo NEW APLICATION
•
Se selecciona el tipo de Panel View a programar por ejemplo PV550
•
Se selecciona el protocolo entre el dispositivo de control y el panel
view, así como el tipo de teclado que presenta si es Keypad, Touch,
o Keypad & Touch.
•
Por último se selecciona la serie del panel view según el dato de
placa del panel a usar en el icono Catalog &Revision Numbers>>.
c) Presionando OK se termina de crear la nueva aplicación y esta lista para
desarrollar el programa el cual nos va a permitir el ingreso de valores
sliders animados con variables del PLC, manejo de pantallas, creación de
pulsadores, etc.
2.3.2.1.2 Edición de Tags enlazados con el PLC
Para la configuración del tag se da doble clic en el objeto o variable a animar
según la necesidad del usuario, la capacidad del elemento y se presenta la
siguiente ventana.
96
En esta ventana se da un clic en el recuadro donde dice Edit Tag para ir a la
configuración del mismo, donde se presentará la siguiente ventana.
Esta ventana es de mucha importancia ya que aquí se configura lo siguiente:
Tag name: nombre de la variable con que quiere llamar a la variable.
Data type: El tipo de dato que quiere leer que puede ser carácter, código ASCII,
numero entero real, numero flotante real, etc.
97
Node name: Es el nombre del nodo con el que se enlasa el panel View y el PLC
para una comunicación entre el Allen Bradley SLC 5/04 y el panel View 550 el
nodo es SLC.
Tag Address: es la dirección que desea escribir o leer en el PLC según sea la
aplicación.
2.3.2.1.3 Compilación del proyecto
Para guardar y compilar correctamente el proyecto se va a la barra de tareas y se
da un clic en Applications y se selecciona validate all.
2.3.2.1.4 Almacenaje y puesta en funcionamiento del proyecto al Panel View 500
Panel Builder presenta un modo de descarga vía RS-485 entre la PC y el panel
View (PV550), pero en este caso lo que se realiza es lo siguiente:
a) Se descarga el programa compilado y se lo guarda en la tarjeta de
memoria extraíble del panel view.
b) Se Inserta la memoria en el panel en su respectiva ranura en la parte
posterior del mismo.
c) Se presiona las dos teclas del panel view a la vez como se indica en la
Figura 2.23.
Presionar las dos
teclas a la vez hasta
ingresar en modo de
configuración
Figura 2.23 Modo de configuración del panel view 550
d) Se presiona F1 del teclado del panel view hasta seleccionar el programa
que desea que funcione.
98
e) Se presiona F2 para cargar el programa y luego se vuelve a presionar F2
para confirmar la descarga del programa en el panel view, luego esperar un
momento y la aplicación esta lista para funcionar.
2.3.3 DIAGRAMA DE FLUJO DEL SOFTWARE DEL CONTROLADOR
2.3.3.1 Programa principal:
Está constituido por el barrido de cuatro subrutinas principales las cuales se
indican claramente en el siguiente diagrama de flujo y se encuentran bajo un lazo
infinito mientras el sistema este energizado.
La creación de esta subrutina tiene la función de dividir el programa en cuatro
subrutinas las cuales son realizadas una a continuación de otra (ver Figura 2.24) y
son las siguientes:
•
Control ON/OFF del sistema
El control de encendido y apagado del sistema se realiza desde un
pulsador montado sobre el tablero principal y desde una tecla del HMI.
•
Medición de variables del sistema
Las variables a medir son: Presión del múltiple de admisión del motor,
Temperatura del aire de entrada al motor, Vibración del motor, Presión en
la línea de transporte de gas, Presión regulada en la línea de transporte de
gas, Temperatura del motor.
•
Programación y control de alarmas para protección del sistema
El objetivo de protección es evitar niveles bajos y altos de presión en la
línea de gas, niveles elevados de temperatura y
electrógeno.
falla del grupo
99
•
Dosificación de la cantidad de gas que ingresa al múltiple de admisión.
La apertura de la válvula de control presenta una abertura en función del
múltiple de admisión del motor.
Figura 2.24 Diagrama de flujo del programa principal del PLC
2.3.3.2 Subrutina 1 (control on/off del sistema)
La creación de esta subrutina tiene la función de comandar el control On/Off del
sistema mediante un pulsador externo normalmente cerrado. El estado off del
sistema presenta las siguientes características:
•
Barrido del programa principal
•
Medición de parámetros
•
Cierre de la válvula principal
•
Monitoreo de alarmas
•
Des-habilitación de la válvula dosificadora de gas
100
•
Des-habilitación de la válvula solenoide.
La lógica de memoria de encendido y apagado del sistema con un solo pulsador
se muestra en la Figura 2.25
Figura 2.25 Diagrama de flujo de la subrutina de on/off
2.3.3.3 Subrutina 2 (medición de variables)
Para el funcionamiento de este proceso se necesita los equipos de medición
anteriormente mencionados, más un grupo de entradas análogas de corriente de
4-20 mA que será instalado en una ranura del rack del PLC Allen Bradley.
Este grupo debe contener 6 entradas para la medición de las siguientes variables:
Temperatura de los gases de escape, Temperatura de entrada de aire al motor,
Presión del múltiple de admisión del motor, Presión en la línea de suministro de
gas proveniente del scrubber, Presión regulada del de gas de ingreso al múltiple
101
del motor, Vibración del motor, todo esto medición está representado en la Figura
2.26.
Figura 2.26 Diagrama de flujo de la subrutina de medición de variables
2.3.3.4 Subrutina 3 (Test de alarmas)
Este sistema trabaja conjuntamente con los parámetros introducidos en la HMI del
operador dependiendo del lugar de trabajo del sistema y está basado en un
análisis causa efecto del sistema Bi-fuel que se muestra en la Tabla 2.20.
102
TABLA 2.20 Análisis causa efecto de un sistema BI-FUEL
No
1
2
3
4
5
6
Causa
Efecto Posible
Condición
detectable
Sobre presión
Obstrucción de la válvula de control
Alta presión en la
en la línea de
línea de inyección
inyección
Obstrucción de la línea de inyección de gas hacia Alta presión en la
el generador
línea de inyección
(P > 42 psi)
Falla de la válvula reductora de presión PRV
Alta presión en la
línea de inyección
Incremento de la presión de gas en la planta de
Alta presión en la
tratamiento por efectos diversos
línea de inyección
Baja presión en Fuga en la línea de inyección de gas
Baja presión en la
la línea de
línea de inyección
inyección
de gas
(P < 30 psi)
Válvula de shut-off averiada
Baja presión en la
línea de inyección
de gas
Válvula reguladora de presión Averiada
Alta presión de
Sobre presión
ingreso al múltiple
del gas regulado
de admisión de
(P > 5 psi)
aire
Sobre
Sobrecarga de gas de inyección
Alta temperatura
temperatura en
de operación del
el motor
generador
Sobrecarga mecánica o eléctrica al sistema de
Alta temperatura
generación
de operación del
generador
Falla permanente de componentes como líneas de Alta temperatura
refrigerante, bomba de recirculación o algún
de operación del
componente del sistema de refrigeración del
generador
generador
Contra explosiones en el interior de los cilindros o Alta temperatura
múltiple de admisión
en el múltiple de
admisión del
generador
Ignición eventual de la mezcla aire gas en el
Alta temperatura
múltiple de admisión por sobre flujo de gas
en el múltiple de
admisión del
generador
Sobre
Ignición eventual de residuos de combustible no
Alta temperatura
temperatura en quemados y acumulados en el escape del
en el múltiple de
el múltiple de
generador
escape del
escape del
generador
generador
T > 200 °C
Sobre vibración Explosiones prematuras en la cámara de
Alta vibración del
del motor
combustión
motor
103
En base al sistema causa efecto y descrita ya su función se presenta el siguiente
diagrama de flujo.
Figura 2.27 Diagrama de alarmas del sistema
104
2.3.3.4 Subrutina 4 (Apertura y control de válvulas)
Para la dosificación de gas al motor se debe tener un porcentaje de apertura de la
válvula de control en función de la presión del múltiple de admisión, que es
variable con la carga del motor, o, en su posibilidad solo para grupos electrógenos
el porcentaje de apertura en función de la potencia instantánea generada del
motor en KVA.
Para obtener el porcentaje de apertura en función de la potencia de un generador
se ha seguido los siguientes pasos:
a) Tabulación de datos
Tabla 2.22 Consumo de combustible del generador
%CARGA
POTENCIA GEN [KVA]
GALONES/DIA
BTU/DIA
100%
400
662,4
86798246,4
75%
300
540
50%
200
412,8
54091660,8
0%
0
158,4
20756102,4
70759440
Tabla 2.23 Características físico químicas de los combustibles
Poder calorífico del diesel [btu/gal]
131036
Poder calorífico del gas [btu/scf]
1503,42
Gravedad especifica del gas
1,01
P1 del la línea de Gas [psia]
19,7
DP del la línea de Gas [psia]
3
Temperatura absoluta del gas en la línea [R]
Ahorro de Combustible [%]
609,17
3º
b) Calculo de los BTUGAS/DIA (A= BTUGAS/DIA )
Los BTUGAS/DIA están en función de ahorro de combustible requerido y la
calidad del gas (Poder calorífico del gas a remplazar por el diesel) y se
expresa en la Ecuación 2.5.
105
(Ecuación 2.5)
Nomenclatura:
•
Qc: Flujo de gas en BTU/DIA
•
AC: Ahorro de Combustible diesel
•
PCD: Poder Calorífico del diesel
•
CD: Galones de diesel por día [gal/día]
Primero se obtiene
ene el valor CD (galones de diesel por día) que es variable
var
y función de la potencia,
potencia valor que es medido por el cual se pone CD en
función de la potencia generada del Grupo electrógeno.
Para encontrar un valor del consumo
consumo instantáneo de combustible se lo
puede realizar por dos métodos:
Método 1
A continuación se muestra la modelación de Consumo de combustible en
función de la potencia del generador grafico obtenido de los valores de la
Tabla 2.22.
(Ecuación 2.6)
106
Nomenclatura:
•
CD: Galones de diesel por día [gal/día]
•
KVA Potencia aparente instantánea del generador [KVA]
Método 2
A continuación se muestra la modelación de Consumo de combustible en
función de la presión del múltiple de admisión del grafico obtenido de los
valores de la Tabla 2.24.
TABLA 2.24 Tabulación de resultados de la presión del múltiple de
admisión y consumo de combustible
PRUEBA 1
VALOR
UNIDAD
Presión del Múltiple de Admisión
de aire
21,4
in-Hg Transmisor 8,63 mA
Corriente del Generador
405
A
Voltaje del generador
480
V
Relación de combustible estimada
83,27
L/h
PRUEBA 2
VALOR
Presión del Múltiple de Admisión
de aire
Corriente del Generador
Voltaje del generador
relación de combustible estimada
14,16
288
480
67,19
UNIDAD
in-Hg Transmisor 7,07 mA
A
V
L/h
PRUEBA 3
VALOR
Presión del Múltiple de Admisión
de aire
Corriente del Generador
Voltaje del generador
relación de combustible estimada
9,06
101
480
37,38
UNIDAD
in-Hg Transmisor 7,07 mA
A
V
L/h
107
(Ecuación 2.7)
2.7
c) Cálculo del flujo de gas por día a inyectar en el motor (Q = [scf/día] )
El flujo de gas en (sfc/día) se obtiene con una división del flujo calórico de
gas por día (ecuación 2.5) dividido para el poder calorífico del gas a
inyectar y se obtiene la Ecuación 2.8
2.
(Ecuación 2.8)
d) Cálculo del Cv necesario de la válvula.
El Cv de una válvula para gases compresibles esta
expresado por la
Ecuación 2.9
(Ecuación 2.9)
Si se reemplaza
mplaza la Ecuación 2.7 sobre la Ecuación 2.8 se tiene una
Ecuación 2.10 que es función del consumo de diesel y valores constantes.
(Ecuación 2.10)
108
NOMENCLATURA:
•
AC: Ahorro de Combustible diesel.
•
PCD: Poder Calorífico del diesel.
•
CD: Galones de diesel por día [gal/día].
•
PCG: Poder calorífico del gas [btu/scf].
•
G: Gravedad especifica del gas.
•
T: Temperatura de la línea de inyección de gas [°R].
•
DP: Caída de presión en la válvula.
•
P1: Presión antes de la válvula de control.
El siguiente paso es tener El Cv de la válvula en función de la potencia
generada del motor para lo cual se remplaza la Ecuación 2.6 a la Ecuación
2.9 que se representa en la ecuación 2.11
o pqXqr&."!stp^&uv. v" Xqw
x
wb
rXX&
(Ecuación 2.11)
e) % de apertura de la válvula
Si se tiene el Cv de la válvula dosificadora en función de la potencia
generada del motor queda por ultimo poner el porcentaje de apertura en
función del Cv de la válvula, para lo cual se recurre a modular la siguiente
Tabla 2.26
Tabla 2.26 Características del Cv de la válvula Fisher D4
No
%Apertura
Cv
1
5
2
10
3
20
4
30
5
40
6
50
7
60
8
70
9
80
10
90
11
100
0,185
0,235
0,357
0,523
0,752
1,07
1,5
2,13
3,05
4,3
5,87
109
Si se remplaza Cv de la válvula para los dos métodos del consumo de
combustible aproximado se tiene
Método 1
Método 2
NOMENCLATURA:
•
AC: Ahorro de Combustible diesel.
•
PCD: Poder Calorífico del diesel.
•
CD: Galones de diesel por día [gal/día].
•
PCG: Poder calorífico del gas [btu/scf].
•
G: Gravedad especifica del gas.
•
T: Temperatura de la línea de inyección de gas [°R].
[ R].
110
•
DP: Caída de presión en la válvula.
•
P1: Presión antes de la válvula de control.
•
Pmúltiple : Presión del múltiple de admisión de aire en [in Hg]
La válvula de control normalmente cerrada de apertura y la válvula reguladora de
control de flujo entrarán en funcionamiento
pulsador ON/OFF del
cuando haya sido presionado el
tablero de control y el sistema se encuentre bajo
condiciones normales de operación
La válvula de solenoide normalmente cerrada se cerrará en los siguientes casos:
•
Por acción directa dese el panel de control (botón asignado en el tablero).
•
Por alta temperatura en la salida de gases el tubo de escape del motor.
•
Por alta temperatura de motor.
•
Por alta vibración en el motor.
•
Cuando el generador este sin carga.
•
Por alta vibración del generador.
•
Por alta temperatura en del múltiple de admisión de aire.
Para cualquiera de los casos anteriores la secuencia de apagado del BI-FUEL
será la siguiente: Luego de un tiempo que se presente la falla, el sistema ira
cerrando progresivamente la entrada del gas por medio de la Válvula reguladora
de flujo. Si luego de realizada esta acción, la falla persiste, el sistema des
energizará la válvula solenoide normalmente cerrada quedando el motor 100%
diesel. Si la falla sigue y la protecciones del motor no han actuado aún, el sistema
BI-FUEL enviará un comando de apagado al motor.
A continuación se realiza un diagrama de flujo que representa la dosificación del
gas que será inyectada al motor con una relación final del porcentaje de apertura
escalado a una salida de 4 a 20 mA en función de la potencia generada por el
grupo electrógeno en KVA.
111
Figura 2.28 Diagrama de flujo del control de apertura de las válvulas
112
TEST ON-OFF DEL SISTEMA
Ver estado del pulsador de encendido
Si el pulsador no está presionado
Esperar estado presionado del pulsador
Activar estado activo del sistema BI-FUEL
Fin Tarea
TEST DE FALLA DEL SISTEMA
Ver estado de alarmas
Si alguna alarma esta activada
Esperar reconocimiento
Esperar reset de alarmas
Desactivar alarmas
Encender sistema
Fin Tarea
CALCULO DEL FLUJO DE GAS
Leer set point del ahorro de diesel
Leer potencia instantánea generada por el grupo electrógeno.
Calcular flujo de gas en función del poder calorífico del gas, porcentaje de ahorro, presión del múltiple
del motor
Fin Tarea
CALCULO DEL Cv DE LA VÁLVULA
Leer temperatura del gas (aproximado)
Leer diferencial de presión en la válvula (aproximado)
Leer flujo de gas calculado
Calcular el Cv de la válvula en función de la temperatura del gas, diferencial de presión en la valvula y
flujo de gas a dosificar
Fin Tarea
APERTURA DEL LA VALVULA DE CONTROL
Leer Cv de la válvula calculado
Calcular porcentaje de apertura de la válvula en función del Cv característica de la válvula
Enviar señal de apertura del controlador al transductor de la válvula
Fin Tarea
APERTURA DE LA VÁLVULA ON/OFF
Enviar señal desde el PLC al solenoide de la válvula ON/OFF
Fin Tarea
113
2.3.4 PROGRAMACIÓN DEL HMI
La programación del interfaz con el operador se realiza en un Panel View 500 de
la marca Allen Bradley. El software del dispositivo para su correcto
funcionamiento esta realizado en PanelBuilder32.
2.3.4.1 Funciones de la HMI
Desde la HMI del
panel del operador se configuran y monitorean todas las
variables provenientes del conjunto motor generador con ayuda de la
instrumentación instalada en el motor Caterpillar y el PLC destinado para este
propósito en un tablero totalmente independiente en donde residen todas las
señales del conjunto.
Además, desde este panel de control se podrá configurar y ajustar los siguientes
parámetros de inicio del sistema BI-FUEL.
•
Porcentaje de remplazo de combustible en función de la presión del
múltiple de admisión del motor.
•
Puntos máximos y mínimos de presión en la línea de gas y múltiple de
admisión del motor.
•
Puntos máximos de temperatura en el múltiple de admisión y el tubo de
gases de escape del motor.
•
Reconocimiento de alarmas.
•
Activación y desactivación de alarmas del sistema.
•
Encendido y apagado del sistema BI-FUEL.
•
Reset general de variables sistema
•
Configuración de fecha y hora.
Todas las ventanas son manejas desde una pantalla principal de inicio que trabaja
como un menú para el operador.
2.3.4.2 Ventanas del software del HMI
Las siguientes ventanas se crearon con el fin de establecer una interfaz amigable,
sencillo y de rápido acceso para el operador.
114
a) Pantalla de inicio
Instrucciones
•
Al presionar F1
se ve en marcha o paro el sistema de inyección
de gas dependiendo del estado actual del sistema.
•
Al presionar F3
se entra a la configuración de la fecha y hora del
Panel View.
•
Con las flechas
y
se selecciona la pantalla a la cual
quiere ir, las cuales se indican en el recuadro. Al presionar
se acepta la selección de la pantalla.
115
b) Alarmas de indicación
Instrucciones
Todas las alarmas y estados de operación del sistema pueden visualizarse
aquí, las cuales deben interpretarse por el operador con la siguiente lógica.
•
Cuando la alarma está sin titilar y sin color está en su correcto
funcionamiento.
•
Cuando la alarma titila quiere decir que se ha producido una alarma la
misma que a su vez es reforzada por una alarma sonora lumínica. Esta se
reconoce presionando
deja de titilar y queda con un fondo
obscuro, el cual será eliminado con el reset general ubicado en el tablero
principal, una vez que ha sido detectada y solucionada la causa de la
alarma.
116
c) Configuración de la variable de presión
Esta pantalla se creó con el objeto de setear los niveles altos de presión de
entrada tanto en la línea de inyección de gas como en el múltiple de entrada
de aire del generador.
Instrucciones
•
Al presionar
se ingresa a la configuración por teclado del nivel
bajo de presión del gas en la línea y
para una configuración del
nivel alto de presión.
•
Al presionar
ingresamos a la configuración por teclado del nivel
bajo de presión del gas en el múltiple de entada de aire al motor
para configurar el nivel alta de presión.
y
117
d) Visualizador de parámetros y funcionamiento del sistema
Esta pantalla creada con el objeto de configurar la cantidad de combustible
diesel a remplazar por cierta cantidad de gas combustible.
Instrucciones
•
Al presionar
se ingresa a la configuración por teclado del
porcentaje de diesel a ser remplazado por gas asociado con un máximo de
30%, además de presentar los parámetros que intervienen en la
dosificación del gas asociado.
•
Al presionar
el operador entra a navegar en el menú principal del
HMI.
•
Al presionar
el operador entra a configurar la temperatura de los
gases de escape del motor
118
e) Configuración de parámetros de temperatura.
Esta pantalla esta creada con el objeto de configurar los valores máximos de
las variables de temperatura, que se deben presentar para proteger la parte
motriz del grupo electrógeno.
•
Al presionar
se ingresa a la configuración por teclado del nivel
alto de temperatura en el múltiple de admisión de aire al motor.
•
Al presionar
se ingresa a la configuración por teclado del nivel
alto de temperatura de aceite del motor.
•
Al presionar
el operador entra a navegar en el menú principal del
HMI.
•
Al presionar
control del sistema.
el operador entra a visualizar los parametros de
119
f)
Visualizador de parámetros de funcionamiento
Esta pantalla es solo para lectura de las variables de funcionamiento del sistema
BI-FUEL con el objetivo de observar y monitorear su correcto funcionamiento. Las
variables medidas son: presión y temperatura del múltiple de entrada de aire del
motor, presión en la línea de gas, Temperatura de los gases de escape del motor,
potencia en KVA del generador, porcentaje de apertura de la válvula de entrada
de gas.
•
Al presionar
el operador entra a navegar en el menú principal del
HMI.
g) Configuración de fecha y hora del HMI
Los parámetros de fecha y hora vienen sincronizados con la configuración de
los estados del PLC, pero sin embargo, pueden ser configurados usando el
teclado del panel view. Por ejemplo para setear HOUR (hora) se selecciona
con las flechas
y
y se acepta la configuración con
120
luego el valor será introducido por teclado numérico del
panel y aceptado volviendo a presionar
.
h) Habilitación de alarmas de visualización del sistema
Pantalla B de Anulación de Alarmas
121
Pantalla B de Anulación de Alarmas
El objetivo de esta pantalla es anular el efecto de la alarma en el programa del
controlador con el fin de realizar trabajos de prueba o mantenimiento del sistema
Bi-Fuel.
El diseño e implementación del Sistema BI-FUEL fue realizado con el objeto de
presentar una alternativa del aprovechamiento del gas natural, presentando un
sistema confiable, seguro, y efectivo que está sujeto a las disponibilidades de la
Empresa de petroproducción.
En el siguiente capítulo se realizara las pruebas de ahorro de diesel en un
generador
Caterpillar
3412
ubicado
en
la
estación
EPF
Petroproducción así como el funcionamiento del sistema BI-FUEL.
Tipishca
de
122
CAPITULO 3
PRUEBAS Y RESULTADOS
En este capítulo se procede a diseñar y probar acciones para comprobar el
funcionamiento correcto de todo el sistema.
3.1 PRUEBAS BASADAS EN EL SOFTWARE CAT ET
En primer lugar se realiza pruebas basadas en el programa Cat ET (Técnico
Electrónico Caterpillar). El ET es una herramienta de servicio diseñada para
funcionar en una computadora personal. Con ET se puede consultar el estado de
una serie de parámetros (temperatura, presión, velocidad, etc) en forma
simultánea, se puede ver y eliminar eventos activos y registrados, se puede
mostrar la configuración actual de un ECM (Modulo de Control Electrónico
Caterpillar) y se puede realizar otras tareas como:
•
Pruebas de diagnóstico
•
Realizar Calibraciones
•
Cambiar la configuración de un ECM
•
Imprimir informes y resultados de pruebas de diagnóstico, entre otras.
El Caterpillar Electronic Technician está diseñado para comunicarse con los ECM
a través del enlace de datos CAT. El Caterpillar Electronic Technician permite
obtener datos, analizarlos y diagnosticar problemas reales o potenciales, el
diagrama de conexión se representa en la Figura 3.1.
El objetivo principal del uso del software y hardware de Caterpillar es monitorear
la relación de combustible en el tiempo para poder validar el sistema, a más de
ver el estado de temperatura del refrigerante del motor, presión del aceite y la
123
velocidad del eje; hay que recordar que este motor esta directamente acoplado a
un generador de energía eléctrica.
Figura 3.1 Diagrama de conexiones del Hardware Cat ET
3.1.1 TABULACIÓN DE RESULTADOS
A continuación se presenta la información en tablas del consumo de diesel,
probando al sistema con deferentes porcentajes de carga.
Tabla 3.1 Características del Grupo Electrógeno 3412 de la
central EPF de Petroproducción campo Tipishca
Identificación del equipo
GEN-08
1EZ06728
Número de serie del motor
OPP4422916
Número de serie del ECM
1509426-01
No de pieza del modulo de personalidad
oct-97
Fecha emisión del modulo de personalidad
125
Código del modulo de personalidad
Generador 256A/480V
DECRIPCION DE LA PUEBA
Velocidad del motor
Relación de combustible estimada
Presión de aceite del motor
Temperatura del refrigerante del motor
SIN GAS
10% GAS 25% GAS
UNIDAD
1083
1802
1805
RPM
59,62
53,94
42,58
L/h
453
458
458
Kpa
79
78
78
C
124
Generador 215A/480V
DECRIPCION DE LA PUEBA
Velocidad del motor
Relación de combustible estimada
Presión de aceite del motor
Temperatura del refrigerante del motor
SIN GAS
16% GAS 25% GAS
UNIDAD
1804
1799
1803
RPM
45,13
37,38
32,26
L/h
460
460
460
Kpa
78
77
77
C
Generador 260A/480V
DECRIPCION DE LA PUEBA
Velocidad del motor
Relación de combustible estimada
Presión de aceite del motor
Temperatura del refrigerante del motor
SIN GAS
20% GAS 25% GAS
UNIDAD
1802
1803
1085
RPM
56,3
44,48
40,92
L/h
458
460
460
Kpa
78
78
77
C
Generador 405A/480V
DECRIPCION DE LA PUEBA
Velocidad del motor
Relación de combustible estimada
Presión de aceite del motor
Temperatura del refrigerante del motor
SIN GAS
20% GAS 25% GAS
UNIDAD
1803
1801
1801
RPM
83,27
65,74
60,86
L/h
443
445
445
Kpa
82
81
82
C
3.1.2 ANÁLISIS DE AHORRO DE DIESEL Y UTILIZACIÓN DEL GAS
ASOCIADO
Generador 256A/480V
% DE AHORRO
SIN GAS
10% GAS
25% GAS
FLUJO DE DIESEL AHORRADO
[L/h]
[gal/día]
0
0
5,68
36,0112
17,04
108,0336
FLUJO DE GAS TEORICO USADO
[sfc/h]
[sfc/día]
0
0
206,4959829 4955,90359
619,4879487 14867,71077
FLUJO DE DIESEL AHORRADO
[L/h]
[gal/día]
0
0
7,75
49,135
12,87
81,5958
FLUJO DE GAS TEORICO USADO
[sfc/h]
[sfc/día]
0
0
281,7506809 6762,016342
467,887905 11229,30972
Generador 215A/480V
% DE AHORRO
SIN GAS
16% GAS
25% GAS
125
Generador 260A/480V
% DE AHORRO
SIN GAS
20% GAS
25% GAS
FLUJO DE DIESEL AHORRADO
[L/h]
[gal/día]
0
0
11,82
74,9388
15,38
97,5092
FLUJO DE GAS TEORICO USADO
[sfc/h]
[sfc/día]
0
0
429,7152321 10313,16557
559,1387706 13419,3305
FLUJO DE DIESEL AHORRADO
[L/h]
[gal/día]
0
0
17,53
111,1402
22,41
142,0794
FLUJO DE GAS TEORICO USADO
[sfc/h]
[sfc/día]
0
0
637,3018628
15295,24471
814,7139044
19553,13371
Generador 405A/480V
% DE AHORRO
SIN GAS
20% GAS
25% GAS
3.1.2 CÁLCULO DEL ERROR DEL AHORRO DE DIESEL ESPERADO Y REAL
En las siguientes tablas se presenta el error porcentual del remplazo de diesel
individualmente para cada prueba y el valor del error promedio para todas las
pruebas.
Generador 256A/480V
Remplazo teórico de diesel
Remplazo real de diesel
10%
9,53%
25%
28,58%
DIFERENCIA
0,47%
3,58%
ERROR
4,73%
14,32%
DIFERENCIA
1,17%
3,52%
ERROR
7,33%
14,07%
DIFERENCIA
0,99%
2,32%
ERROR
4,97%
9,27%
Generador 215A/480V
Remplazo teórico de diesel
Remplazo real de diesel
16%
17,17%
25%
28,52%
Generador 260A/480V
Remplazo teórico de diesel
Remplazo real de diesel
20%
20,99%
25%
27,32%
Generador 405A/480V
126
Remplazo teórico de diesel
Remplazo real de diesel
20%
21,05%
25%
26,91%
ERROR PROMEDIO
DIFERENCIA
1,05%
1,91%
ERROR
5,26%
7,65%
8,45%
3.2 PRUEBA DE IMPLEMENTACIÓN
Como muestra y prueba de implantación física se presenta a continuación las
siguientes fotografías tomadas en la estación EPF del bloque 27 de
petroproducción.
Figura 4.2 Tren de válvulas y tanque deshidratador
127
Figura 4.3 Vista frontal del Tablero de Control
Figura 4.4 Vista Posterior del tablero de control
128
3.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL GAS
Las
principales
características
del
gas
asociado
del
Bloque
27
de
Petroproducción, con su aplicación a un grupo electrógeno Caterpillar, se
presenta a continuación el cual es un resultado del análisis cromatográfico
explicado en el Capítulo 2.
PODER CALORIFICO PROMEDIO
1075,02273 btu/sfc
% DE AGUA PROMEDIO
2,69909091
Flujo total de gas
9894,1667 sfc/hora
Potencia del gas asociado
Energía como combustible en
Grupos Electrógenos Caterpillar
con eficiencia del 40%
10636454 btu/hora
3,117 Mwatt
1,2468 Mwatt
En el siguiente capítulo se realiza un análisis económico del sistema BI-FUEL
diseñado en este capítulo. Se tomará en cuenta tanto los costos unitarios de los
dispositivos y materiales a utilizar, como también los costos por mano de obra.
129
CAPITULO 4
ANALISIS DE COSTOS DEL MODELO DISEÑADO E
IMPLEMENTADO
La implementación de un nuevo sistema para captar el gas asociado producido en
el bloque 27 de Petroproducción, para utilizar el gas como combustible en grupos
electrógenos diesel, implica la inversión en el
diseño y construcción de un
sistema BI-FUEL el cual constará de: sistemas de válvulas y tuberías para
transportar gas, instrumentos de medición, elementos de retención de líquidos
condensados, un tablero de control e interfaz hombre maquina.
Esta inversión tendrá un costo, que será determinado en este capítulo. Este
deberá ser justificado económicamente desde el ahorro de combustible que se
conseguirá durante la vida del proyecto.
4.1 ESTIMACIÓN DE COSTOS
Un método para obtener costos estimados es realizar un sumatorio de los precios
reales promedio que se encuentran en el mercado.
4.1.2 COSTOS DEL SISTEMA DE TUBERÍAS PARA TRANSPORTE DE GAS
La presión de alimentación de la corriente de gas desde los separadores, es un
factor importante que influye en el aspecto económico del proceso de transporte
de gas, ya que los costos de transporte dependen de este valor. Según reportes
de producción se estima, que la presión de alimentación permanecerá entre 45 y
30 psi, para los próximos 5 años de producción; por tal razón, para el diseño de
transporte, se tomó el menor valor, 30 psi, y se dimensionó la tubería en función
de una presión de alimentación de 45 psi.
Tomando en consideración estos aspectos, a continuación en la Tabla 4.1 se lista
el precio promedio de los equipos, tuberías y accesorios.
130
Tabla 4.1 COSTOS DE VALVULAS Y TUBERIA
Item
1
2
3
Descripcion
VALVULA DE CONTROL
FISHER D4 (1")
627 SERIES PRESSURE
REDUCING REGULATORS
DIAPHRAGM OPERATED GAS
VALVE MODELO 2180ED11A
Marca
P/N
Cnt
FISHER
D4
2
FISHER
T14058T0012
2
AMOT
1
Cst Unt
$
1.195,00
$
2.034,00
Cst Total
$
1.850,84
$
2.390,00
$
2.034,00
$ 925,42
4
BALL VALVE, 2", NPS, 150 PSI,
RELUGAR POR, THRD, A-105
316 SS BODY & STEM
WKM
3
$ 205,97
$ 617,91
5
BALL VALVE, 1", NPS, 150 PSI,
RELUGAR PORT, THRD, A-105
316 SS BODY & STEM
WKM
3
$ 140,66
$ 421,98
6
VALVE, NEDDLE, WHITEY, 1/2"
X 1/2" , 6000PSI, MALEFEMALE, SS BODY
SWAGELOK
SS-5PDGM8F8
2
$ 70,00
$ 140,00
IV4N-SS
6
$ 148,00
$ 888,00
NP-1/2 X 4
8
$ 3,90
$ 31,20
LTB-50
20
$ 2,01
$ 40,20
2
$ 15,61
$ 31,22
RE21
20
$ 19,00
$ 380,00
SWAGELOK
SS-600-1-8
8
$ 16,00
$ 128,00
SWAGELOK
SS-600-1-4
10
$ 16,00
$ 160,00
STA-2
6
$ 14,10
$ 84,60
T39
6
$ 13,80
$ 82,80
HUB3
1
$ 17,22
$ 17,22
2
$ 120,00
$ 240,00
6
$ 6,00
$ 36,00
40
$ 0,80
$ 32,00
4
$ 35,00
$ 140,00
1
$ 750,00
$ 750,00
10
$ 29,00
$ 290,00
30
$ 68,40
$
2.052,00
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
VALVE, NEDDLE, 1/2" NPT, F X
F, SS316L, 6000PSI
NIPPLE, 1/2" X 4" SCH 80
STRAIGHT LIQUIDTIGHT
CONNECTOR 1/2" NPT-M P/N
LTB-50
CONDUIT ALUMINIUN 3/4" X
3M LG
REDUCCION 3/4" A 1/2"
CROUSE HINDS RE21
CONNECTOR, MALE, 3/8" OD
TUBE,1/2", MNPT, 316 SS
CONNECTOR, MALE, 3/8" OD
TUBE,1/4", MNPT, 316 SS
HUB, CND: 3/4",
TEE CONDUIT 1" "CROUSE
HINDS"
CONDUIT HUB 1" P/N HUB3
"CROUSE HINDS"
17
TUBING PIPE 3/8" OD SS316,
0.035 WT SEAMLESS (20 FT.
PER PIECE)
18
REDUCCION 1" A 3/4"
19
FLEXIBLE METAL CONDUIT,
LIQUID TIGHT, 1/2" 3TA1
20
21
22
23
CONDULET CONDUIT OULET
BADIES LB HUB SIZE 1"
Control IP modelo I2P100
CARBON STEEL PIPE, SIZE
1"CELL 20 (30 FT PER. PIECE)
CARBON STEEL PIPE, SIZE
2"CELL 20 (30 FT PER. PIECE)
SAFELOK
CROUSE
HINDS
CROUSE
HINDS
MYERS
CROUSE
HINDS
CROUSE
HINDS
CROUSE
RE32
HINDS
ANAMET
ELECTRICAL, 34211
I
CROUSE
HINDS
EMERSON
131
CONTINUACION DE LA TABLA 4.1
24
25
26
ELBOW 1" 90 DEG CARBON
STEEL L.R.BLACK STANDARD
WEIGHT WELDING
ELBOW 2" 90 DEG CARBON
STEEL L.R.BLACK STANDARD
WEIGHT WELDING
SCRUBBER
12
$ 2,10
$ 25,20
12
$ 2,10
$ 25,20
1
4.1.3 COSTOS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y
7000
7000
$ 19.888,37
TABLERO DE
CONTROL
Los instrumentos listados a continuación en las Tabla 4.2 y 4.3 son requeridos
para cubrir la necesidad del diseño del sistema. La elección de su marca y
características están basadas en la experiencia y familiaridad del grupo de trabajo
de petroproducción del bloque 27, buscando además mantenerse con una misma
línea de productos.
Tabla 4.2 COSTOS DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
2
MANOMETRO 451279 SS 04L
0-30PSI XGL
MANOMETRO 451279 SS 04L
0-60PSI XGL
3
PRESSURE SWITCH
4
PRESSURE SWITCH
5
TEMPERATURE SWITCH
7
TT-301
SMART
8
9
LD-301
CENTRAL DE MEDICIÓN PM500
SMART
MERLIN
GERIN
PM-500
12
MODULO DE EXPANCIÓN
ANALOGO PM-500 AO20 420mA (PM-500)
MERLIN
GERIN
AO20 4-20mA
PM 500
1
2
ASHCROFT
ASHCROFT
CUSTOM
CONTROLS
CUSTOM
CONTROLS
CUSTOM
CONTROLS
3
6900GZ14
SPDT STD
6900DZE8
SPDT STD
6900TE1617003
2
2
2
2
3
1
$ 155,60
$ 311,20
$ 155,60
$ 466,80
$ 166,75
$ 333,50
$ 393,30
$ 786,60
$ 360,00
$
1.300,00
$
1.200,00
$ 720,00
$
2.600,00
$
3.600,00
$ 334,95
$ 334,95
$ 134,47
$ 134,47
$ 9.287,52
1
132
1
2
3
4
Tabla 4.3 COSTOS DEL SISTEMA DE CONTROL
1762MicroLogix 1200
Allen Bradley
L24BXBR
1
16-Point Sink/Source 24V DC
Input Module
Allen Bradley
1762-IQ16
1
4-Chanel Voltage/Current Analog
Input
Allen Bradley
1762-IF4
1
Combination 2-Input 2-Output
Voltage/Current Analog
Allen Bradley
1762-IF2OF2
1
9
10
11
Panel View 550
Spirng-Clamp terminal Blocks
Reset Operators
Emergency stop Operators
Momentary Push Button Operator
compresor de aire electrico 3 HP
230 V 60 Hz single stage 11.3
acfm@90psi
Twisted pair individual (4 pair)
Twisted pair individual (1 pair)
12
BOX HOFFMAN SINGLE DOORS
TYPE ENCLOUSURES WALL
MOUNT
5
6
7
8
Allen Bradley
Allen Bradley
Allen Bradley
Allen Bradley
Allen Bradley
INGERSOLL
RAND
$
5.380,00
$ 5.380,00
$ 195,00
$ 195,00
$ 337,00
$ 337,00
$ 337,00
$ 5.000,00
$ 39,20
$ 13,09
$ 29,60
$ 32,40
1492-RFB424
800FP-R611
800FP-MT34
80FP-MM42
1
50
1
1
2
$ 337,00
$
5.000,00
$ 0,78
$ 13,09
$ 29,60
$ 16,20
SS3J3-AS
1
$ 850,00
$ 850,00
261527115
261527112
50
50
$ 5,43
$ 2,90
$ 271,50
$ 145,00
1
HOFFMAN
A20H24BLP
371,00
371,00
$ 13.000,79
4.1.2 Análisis de Costo de Operación
En la operación de este nuevo sistema a implantar, se requiere realizar un
mantenimiento periódico de los equipos, para lo cual se estima que el costo anual
de mantenimiento incluido personal, suministros y kids será de un 30% de la
inversión inicial, valor que se muestra en la Tabla 4.4.
Tabla 4.4 COSTOS DE OPERACIÓN
COSTO DE MANTENIMIENTO ANUAL
$ 16.150,40
COSTO TOTAL
$ 16.150,40
4.2 INGRESO ANUAL JUSTIFICADO EN AHORRO DE DIESEL
Al aprovechar el gas producido en el Bloque 27 de Petroproducción se tendrá un
menor consumo en el combustible líquido diesel que es utilizado en las unidades
de generación de energía eléctrica Caterpillar. A continuación se muestra en la
133
Tabla 4.5 el ahorro promedio anual de diesel basado en las pruebas realizadas en
el Capítulo 3 para el generador número ocho ubicado en la estación EPF, el cual
tiene una demanda constante de 405 A, 480 V a 60 Hz, y entra a operar con un
ahorro del 20% de combustible líquido.
Tabla 4.5 INGRESO ANUAL JUSTIFICADO EN AHORRO DE DIESEL
Ahorro diario en diesel Precio promedio del diesel
[USD]
ingreso por día ingreso anual
GEN 8 [gal]
142,08
1,69
$ 240,39
$ 87.744,04
TOTAL
$ 87.744,04
4.3 FLUJO DE FONDOS PURO
Los aspectos a considerar en este flujo de fondos son los siguientes:
Ingresos: Los ingresos son registrados anualmente y se encuentran detallados en
el acápite 4.2 página 133.
Costos de Inversión: Hace referencia a los activos fijos ya que activos nominales
no existen para esta aplicación. Estos están detallados en el acápite 4.1 página
129.
Depreciación: La depreciación de los activos fijos está realizada en línea recta
para un periodo de diez años que es un tiempo manejado por la Empresa en
instalaciones de automatización industrial.
Participación a los trabajadores: Es un porcentaje de la utilidad neta del proyecto
a partir del primer año. Para este caso por ser una entidad pública, este
porcentaje es 0%, pero como este proyecto puede ser aplicado a otras empresas
privadas se tomara un valor del 15% de participación a trabajadores.
Impuesto a la circulación de capitales: se debe considerar un valor de 0,8% de la
utilidad, después de la participación de utilidad a los trabajadores.
El objetivo de este flujo de fondos puro, el cual se presenta en la Tabla 4.5, es
obtener los índices del VAN y TIR en periodos de 5 años, calculados anualmente.
134
Tabla 4.5 FLUJO FONDOS PURO DEL PROYECTO
Año 0
Año 1
Año 2
Año 3
Año 4
Año 5
+ Ingresos Operación
0
87744,04
87744,04
87744,04
87744,04
87744,04
-
Gastos de Operación
0
18653,00
18653,00
18653,00
18653,00
18653,00
-
Depreciación
0
6217,67
6217,67
6217,67
6217,67
6217,67
-
Amortización Activos Diferidos
0
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
UTILIDAD antes de partic e Imp
0
62873,37
62873,37
62873,37
62873,37
62873,37
Participación a trabajadores
0
9431,01
9431,01
9431,01
9431,01
9431,01
UTILIDAD antes de imp.
0
53442,37
53442,37
53442,37
53442,37
53442,37
Impuesto circulación capitales
0
427,54
427,54
427,54
427,54
427,54
Utilidad Neta
0
53014,83
53014,83
53014,83
53014,83
53014,83
+ Utilidad en venta de activos
0
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
-
0
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
+ valor en libros de activos vendidos
0
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
+ Depreciación
0
6217,67
6217,67
6217,67
6217,67
6217,67
+ Amortización
0
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
62176,68
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
-62176,68
59232,49
59232,49
59232,49
59232,49
59232,49
-
-
-
Impuesto a la utilidad venta libros
Costos de Inversion
FLUJO FONDOS PURO
TIR
VAN
92%
$ 114.964,74
135
4.4 ANÁLISIS BENEFICIO/COSTO (RCB)
El objetivo de este acápite es analizar el proyecto en relación al beneficio/costo
(B/C). Este método es considerado suplementario, ya que se utiliza en conjunto
con el análisis de valor presente, valor futuro o valor anual. Es totalmente
recomendable para el análisis de este proyecto ya que Petroproducción es una
empresa Gubernamental.
BENEFICIOS
Se definen como los costos que ahorrará Petroproducción cuando se empiece a
utilizar un sistema de generación BI-FUEL, con tecnología para usar combustibles
de los propios del campo. El periodo de vida del proyecto es de 10 años.
Además el sistema contribuye a minorar la contaminación ya que se reduce la
cantidad de diesel utilizado para la generación energía eléctrica y se aprovecha
un gas natural que es quemado sin ningún fin energético.
DESBENEFICIOS
Se define como los gastos de mantenimiento e indemnizaciones, y todos los
gastos que implica el proyecto. Para este estudio solo se toman en cuentan los
costos relevantes y se omite los gastos de contaminación ambiental.
La forma de calcular este valor es mediante el cociente del valor presente de los
beneficios netos para el valor presente de los costos netos y esto se lo realiza
para el primer año.
yIo yIo E
D D
DD D
55828,41602
2,59
21533,872
El criterio de decisión es el siguiente:
Si RBC>1 se acepte el proyecto desde el punto de vista costo beneficio, a mas de
tener un valor presente neto (VAN) superior a 1 con una alta tasa de retorno de
interés del 111% ya que se supone el consto del gas asociado igual a cero.
136
En el siguiente capítulo se da a conocer las conclusiones y recomendaciones que
se obtiene después de haber realizado el diseño e implementación de un sistema
BI-FUEL para un grupo electrógeno diesel, así como el análisis económico
referencial del sistema implementado.
137
CAPITULO 5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De las pruebas realizadas y del análisis de las resultados se pueden obtener las
conclusiones siguientes.
5.1 CONCLUSIONES
•
El gas asociado a la producción de Petróleo del bloque 27 de
Petroproducción posee un poder calórico promedio de 1075,02 [Btu/sfc] en
cantidades considerables por lo que se pudo considerar una invaluable
fuente de energía sin utilización adecuada.
•
En base a las reservas remanentes del bloque 27 de Petroproducción, se
puede garantizar que el volumen de gas asociado soporta al remplazo del
40% de la energía suministrada por el diesel en la generación de energía
con grupos electrógenos, por lo que
se ve que la empresa tendrá un
ahorro económico debido a reducción de la cantidad de diesel a comprar.
•
Los parámetros de diseño considerados para el desarrollo del diseño del
sistema BI-FUEL, constituyen los requerimientos mínimos que debe poseer
el sistema. Por lo mismo se vio la necesidad de que los equipos cumplan
las exigencias establecidas por fabricantes de tecnologías y normas de
diseño que garantizan las características de los equipos.
•
Para cubrir la demanda futura (2,7 MWh) de energía eléctrica, tomando
como referencia el sistema actual, se tendrá un ahorro promedio de 1205
gal/día que económicamente representará 2410 USD/día con un precio
internacional promedio del diesel de 2 USD. Por lo tanto se puede concluir
que la propuesta de este proyecto es también económicamente válida.
138
•
El error observado en la medición del ahorro de combustible es ocasionado
por
las limitaciones de los equipos empleados en el sistema piloto
implementado. No se debe olvidar que para obtener un control efectivo del
gas hay que considerar las variables de presión, temperatura, a más de
densidad instantánea del gas. Sin embargo, este error no fue considerado
relevante porque el objetivo del proyecto fue conseguir ahorro de
combustible simplemente.
•
La velocidad del motor se conservó independiente de la cantidad de gas
inyectado, dentro de ciertos límites lo que demostró que el sistema
responde totalmente, en cuanto a la velocidad del sistema de inyección de
diesel.
•
Actualmente en el bloque 27 de Petroproducción se ocupa el 12,9 % del
gas producido, en el tratador de calor Electrostático de producción. Este
porcentaje permite aseverar que se trata de una práctica derrochadora si
se pretende usar el gas como combustible.
•
Las características físicas y químicas encontradas en el gas asociado, para
los próximos años de producción y desarrollo del Bloque 27 de
petroproducción, permite concluir que son favorables para emprender
proyectos encaminados a su uso y optimización.
De la experiencia adquirida durante la ejecución de este proyecto, se pueden
proponer las recomendaciones siguientes.
5.2 RECOMENDACIONES
•
Poner en marcha proyectos que permitan la optimización del gas producido
en el Bloque 27 de Petroproducción, debido a que la quema de gas
asociado significa un desperdicio de dinero y un recurso no renovable.
•
El gas asociado obtenido en el Bloque 27 de Petroproducción, presenta un
139
alto contenido de CO2. Teniendo en cuenta que esta característica difiere
de un pozo a otro se recomienda implementar una planta de endulzamiento
para gas asociado para garantizar la vida útil de los equipos.
•
Es común pensar que el contenido energético del gas permanece
constante, un concepto que puede llevar a errores de estimación
energética del gas asociado. Las pruebas demostraron que la cantidad de
energía es función de la composición, presión y temperatura a las que se
encuentra, por esto se recomienda la inversión en sistemas que permitan
hacer análisis Orsat, con el fin de determinar la entalpía de combustión
(poder calórico real del gas).
•
Uno de los problemas típicos en el manejo de gases es la medida del flujo
del mismo, se recomienda por lo mismo que se utilice dispositivos de
medición que permitan tener una medida real de la cantidad de flujo de gas
producido.
•
Debido a que el gas que no es netamente limpio cuando ingresa en la
cámara de combustión se debe reducir el tiempo del mantenimiento
periódico del motor en lo que se refiere al cambio de aceite. Esto debido a
que presentará mayor desgaste, el mismo que deberá ser analizado
mediante una cromatografía para determinar un nuevo periodo en el
mantenimiento periódico.
•
Los sistemas actuales de generación generan en promedio el 50,7%
debido a que producen 2653 KW de los 5225 KW que se puede generar
con los grupos electrógenos instalados. Este resultado se debe a que no
existe un sistema interconectado en el campo. Por tal motivo se
recomienda ocupar un número dimensionado de grupos electrógenos.
•
Alcanzar una combustión completa del gas asociado, para transformar
energía calórica en energía mecánica, representa una disminución en el
impacto ambiental, debido a que se disminuye las cantidades de gases
140
no combustionados, que causan mayor contaminación ambiental que el
CO2. Por consiguiente se recomienda alcanzar este nivel de combustión.
•
Es importante que PETROPRODUCCIÓN sea consciente del derroche de
energía realizado, al tener una quema de gas natural sin fin energético. Se
debe comprender que la generación presente no es dueña de los recursos
y que en un mañana las necesitarán nuestras futuras generaciones.
141
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• ZEMANSKY DITTMAN, Calor y Termodinámica
• P. CASUCCSI-M, CALDERA-M, CLARKE-M, RUIZ, El motor diesel técnica
•
•
•
•
•
•
•
y mantenimiento. España. 1986.
MOLLOY E. Manual del motor diesel. Cuarta edición. Editorial Gustavo Gili.
Barcelona. 1997.
WASDYKE SNYDER, Motor Diesel. Primera edición. Editorial Luminosa.
México. 1976.
DE VEDIA, R. MARTINEZ, Motores Térmicos. Editorial Reverté. Buenos
Aires. 1957.
RALBOVSKY E. Motores Diesel. Editorial Paraninfo. Madrid España. 2000.
MIGUEL A. PEREZ GARCIA, JUAN C ÁLVAREZ (2004): Instrumentación
Electrónica. Editorial Thomson. España. 2004.
RIKIN S. L. (1979): Propiedades termodinámicas de los gases. Editorial
<<MIR>>. Moscú. 1979ámica. Sexta Edición. Editorial McGraw-Hill,
México. 1990.
http://www.global-download.schneiderelectric.com/85257578007E5C8A/all/709AB26F88B9218E8825757800571
8C0/$File/51112563ae_en.pdf
•
http://books.google.com.ec/books?id=UjtKifjkrYC&pg=PA181&lpg=PA181&dq=cantidad+de+aire+por+cantidad+de+di
esel&source=bl&ots=MAE7XxpViT&sig=UtYywQEIeKLtjQix9BEEe9xzGfw&
hl=es&ei=id3jSdudK4OimAeAoaGGDA&sa=X&oi=book_result&ct=result&re
snum=2#PPA194,M1
•
•
•
http://www.textoscientificos.com/energia/biogas
http://www.cipav.org.co/cipav/resrch/energy/alvaro1.htm
http://www.gasnatural.com/servlet/ContentServer?gnpage=1-302&centralassetname=1-30-2-2-4-0
http://www.tciburners.com/files/Fisher_627_regulator.pdf
http://www.gestiopolis.com/recursos2/documentos/fulldocs/fin/depcontfiscal
.htm
http://www.infoplc.net/Descargas/Descargas_Allen_Bradley/DescargasAllenbradley.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Heptano
•
•
•
•
142
ANEXOS
ANEXO I
PROGRAMA LADER DEL PLC ALLEN BRADLEY
143
PROGRAMA PRINCIPAL
SUBRUTINA 1
144
SUBRUTINA 2
145
146
147
148
SUBRUTINA 3
149
150
SUBRUTINA 4
151
152
153
.
154
ANEXO II
HOJAS TECNICAS DE LOS INSTRUMENTOS, VAVULAS Y EQUIPOS
155
CLIENTE:ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA
EPN
EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8
DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPISHCA
MANOMETROS DE PRESIÓN UBICADO EN LA LÍNEA DEL ALIMENTACIÓN DE GAS
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
HOJAS DE DATOS DE MANOMETROS
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 1 de 3
156
CLIENTE: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y
EPN
PUESTA EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL
GENERADOR Nº 8 DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA
ESTACIÓN TIPHISCA
MANOMETROS DE PRESIÓN UBICADO EN LA LÍNEA DEL ALIMENTACIÓN DE GAS
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
1 TIPO: LEC.DIR.
Rev.: 0
RECEP. 3-15 10 ELEM. PRESIÓN:
OTRO: .................................................................
2 MONTAJE: EMBUT. ADOS. 3 DIAL DIÁMETRO:
4 CAJA:
OTRO: LOCAL
Al. 11 MAT.ELEMENTO: BRONCE FENOL 12 MAT.ZOCALO: BRONCE BISAG. 13 CONEX.:
OTRO: Bayoneta
1/4¨ ABAJO 6 PROTECCIÓN VENTEO:
NO ATRÁS 14 MECANISMO:
FRENTE SOLID. OTRO: Arriba
7 VIDRIO CRISTAL: 8 OPCIONES: SIFON
AMORT.
VALV.PRES. LIMITE
9 FAB. Y MODELO:
ACERO 304 AI
ACERO 304 AI
OTRO:
ROSCADO
DISCO FUELLE OTRO: AISI 316
AISI 316
5 ARO:
BOURDON OTRO: .............................................................
4” (100mm) COLOR: BLANCO
Fe FUND. OTRO:
Fecha: 2/19/09
BRONCE INOX. NYLON 15 DIAFRAGMA SELLO
MAT.: ........................
FABRIC.: ........................ TIPO: .........................
.................................
ATRÁS OTRO:
PLASTICO 1/2¨ OTRO:
MAT.CONT.PROC.: .......... OTRO MAT.: ...............
..................................
FLUIDO: ............................................................
WIKA Mod. 232.50 o sim ilar
CONEX.PROCESO:..........
CON.MAN.: ...............
16 PRECISIÓN REQUERIDA % : 1
ITEM
CANT
1
INDET
1 IP-BF-01
ALCANCE PRESIÓN DE
OPERACIÓN
40
SERVICIO
Identificación de presión
NOTAS:
1. Los manómetros seran llenados con glicerina
2. 2. Proveer con tornillo ajuste de cero interior. Exactitud: ± 1%.
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firm a y aclaración)
Hoja 2 de 3
157
EPN
CLIENTE: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y
PUESTA EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL
GENERADOR Nº 8 DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA
ESTACIÓN TIPHISCA
MANOMETROS DE PRESIÓN UBICADO EN LA LÍNEA DEL ALIMENTACIÓN DE GAS
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha: 2/19/09
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 3 de 3
158
CLIENTE:ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA
EPN
EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8
DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPISHCA
VALVULA NORMALMENTE CERRADA ON/OFF DEL SISTEMA BI-FUEL
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
HOJAS DE DATOS DE LA VALVULA ON-OFF
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 1 de 3
159
CLIENTE: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
ECUADOR
LUGAR:
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y
PUESTA EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL
GENERADOR Nº 8 DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA
ESTACIÓN TIPHISCA
VALVULA NORMALMENTE CERRADA ON/OFF DEL SISTEMA BI-FUEL
PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
EPN
Doc.:
GENERAL
CUERPO
Identificación o Tag Nº
V
Servicio
Cierre paso
Línea / recipiente
2”
Cantidad
1
Tipo del cuerpo
Servodiafragma
D.cuerpo / D.orificio
2” / Paso Total
Conexiones y serie
2” roscada NPT
Material cuerpo
Aluminio
Material sello
Buna N
Alim. Eléctrica
24 Vcc
Condición Servicio
A Prueba de Explosión
Accesorios
ACTUADOR ELÉCTRICO
ACTUADOR
Posición de Falla
Normalmente cerrada
Fabricante y Modelo
Amont 2180E
Bobina 24V MH19C3
Tipo
Neumático
Senal de Entrada
Neumatica
Alimentación
30 psi
Posición de Falla
Reguladora y Filtro
Accesorios
CONDICIÓN DE SERVICIO
Fluido
Caudal Máximo (MSCFD)
Caudal Normal (MSCFD)
Cv. válvula
Gas Combustible
160
112
50
Presión ent. manom / DP (psig)
Dif. Presión Máxima (psi)
Temp. Máx./Mín. Oper. (ºC)
Gravedad especifica
Fabricante Válvulas
Fabricante Actuador
Fabricante del sistema de detección
3
60
1.22
Amont
Amont
Amont
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 2 de 3
160
EPN
CLIENTE: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN
OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8 DE LA PLANTA
EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPHISCA
VALVULA NORMALMENTE CERRADA ON/OFF DEL SISTEMA BI-FUEL
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha: 2/19/09
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 3 de 3
161
EPN
CLIENTE:ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA
EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8
DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPISHCA
VALVULA REGULADORA DE PRESIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
HOJAS DE DATOS DE LA VALVULA REGULADORA DE PRESIÓN
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 1 de 3
162
EPN
CLIENTE: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN
OBRA:
OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8 DE LA
PLANTA EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPHISCA
VALVULA REGULADORA DE PRESIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
GENERAL
MATERIAL
CONDICIÓN DE SERV
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
Hoja 2 de 3
Identificación o Tag Nº
PRV-BF-01
Servicio
Reguladora de presión
Línea / recipiente
2”-150
Cantidad
1
Cuerpo
FUNDICIÓN NODULAR
Interno
Laton
Diafragma
Acrilo Nitrilo
Obturador
Acrilo Nitrilo
Material sello
PTFE
Fluido
Gás natural
Æ Orificio (mm)
12.7
Caudal Máximo (MSCFD)
160
Caudal mínimo
112
Presión ent. manom / DP (psig)
40
Temp. Máx./Mín. Oper. (ºC)
60
Densidad específica del gas
1.22
Fabricante Válvulas
EQA serie S-202
Especificaciones
Roscada 2" NPT
Resorte R32
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
163
EPN
CLIENTE: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN
OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8 DE LA PLANTA
EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPHISCA
VALVULA REGULADORA DE PRESIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha: 2/19/09
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 3 de 3
164
CLIENTE:ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA
EPN
EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8
DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPISHCA
VALVULA DE CONTROL DE FLUJO DEL SISTEMA BI-FUEL
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
HOJAS DE DATOS DE LA VALVULA DE CONTROL DE FLUJO
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 1 de 3
165
EPN
CLIENTE: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN OPERACIÓN DEL
OBRA:
SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8 DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN
TIPHISCA
VALVULA DE CONTROL DE FLUJO DEL SISTEMA BI-FUEL
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
GENERAL
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
Identificación o Tag Nº
VCF-BF-01
Servicio
Controladora de flujo
Línea / recipiente
1”
Cantidad
1
Hoja 2 de 3
Tipo
CUERPO
Tamaño
1"
Presión máxima / Temperatura
150 PSIG/200F
Modelo y tipo de obturador
FISHER D4 3/4 TRIM
Material del cuerpo y cubierta
CARBON STEEL
Terminales de conexión
Dirección del flujo
IN 1"FNPT
FNPT
UP
POCKING MATERIAL
STD
Clase ANSI
150 ANSI
OUT 1"
Tipo
RESORTE
Tamaño
3/4"
Característica
EQUAL PERCENTAGE
Balanceado/Des balanceado
tapón/ bola / disco matrial
Material del asiento
Jaula / material de la guía
Material
316 SS
Tipo
PNEUMATIC & DIAPH
Modelo
FISHER D4
Tamaño
40
ON / OFF
ACTUADOR
Posición de inicio sin energía
CLOSE
Presión máxima requerida
50 PSIG
Fuente neumática disponible
MIN. 30PSI
Orientación del actuador
TOP
Fabricante Válvulas
FISHER D4
Especificaciones
Roscada 1" NPT
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
166
EPN
CLIENTE: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN
OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8 DE LA PLANTA
EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPHISCA
VALVULA DE CONTROL DE FLUJO DEL SISTEMA BI-FUEL
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
DIMENSIONES
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 3 de 3
167
EPN
CLIENTE:ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA
EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8
DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPISHCA
TRANSMISOR INDICADOR DE PRESIÓN
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
Hoja 1 de 3
HOJAS DE DATOS DEL TRANSMISOR INDICADOR DE PRESIÓN DEL MULTIPLE
DE ADMISIÓN DEL MOTOR
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
168
CLIENTE:ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA
EPN
EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR N 8
DE LA PLANTA EPF UBICADA EM LA ESTACIÓN TIPISHCA
TRANSMISOR DE PRESIÓN DEL MULTIPLE DE ADMISIÓN DEL MOTOR
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
Identificación o Tag Nº
Función
Caja
Hoja 1 de 1
TIP-GEN-01
Registrador
Indicador
Transmisor
Otro: ..................................................
STD Proveed.
Controlador
Ciego
Tamaño nom. ...... Color: STD Proveed.
Otro: .............................................................................
Montaje
Clase de cierre
GENERAL
A ras
Superficie
Propósitos Gral.
Clas.: 1
Alimentación
Conexión eléctrica
Carta
Yugo
Otro: Bridado.
Intemperie
Div.: 2
220 V 50 Hz
Antiexplosivo
Grupo : D
Otro : ................
24 VOLTS
Otro : C.A......C.C.
½” MNPT
Rollo
Circular
Marcas horarias
Rango: .............
Otro: ................................................................................
Motor de carta
Escalas
TRANSMISOR
Transmisor
4...................
4-20 mA. 10-50 mA.
Otro: ................
Salida
Para recibidor ver especificación: ..................................
Vacío
Material
Rango
Absoluta
Diafragma
Cuerpo: AºCº
Fijo
Manométrica
Bourdon
Fuelle
Diferencial
Helicoide Otro: ..........
Elemento primario: AISI - 316
Rango ajustable:
Calibrado: 0-100 psig
Protección sobrepres.: ..
Datos de proceso
Temperatura operativa 50 ºCF
Presión
Conexión a proceso
Normal:
7 psig
½¨NPT
Ubicación: Debajo
Filtro regul.
Otro: A través de sello.
Atrás
Otro:
Manóm.aliment.
Cartas: ........
Obcionales
Max.: 50 psig
Rango de elemento: 0 a 125 psig
¼¨NPT
OBCIONAL
3-15 psi.
Servicio
Tipo de elemento
ELEMENTO
Velocidad:..................... Alimentación:...........................
Tipo: ................ ................. .........................
.................
Rango:
1 ............. 2 ................ 3..............
Diafragma de sello
Manóm.sal.
Tipo: un Sello
Diafragma: Conexión:
Capilar: Long.
Material: ........... Otro:
Proveedor y modelo
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Rosemount / Modelo 4600 G 4 2 E09 A 5A D1 E5 o similar
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
169
EPN
CLIENTE: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN
OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8 DE LA PLANTA
EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPHISCA
TRANSMISOR DE PRESIÓN DEL MULTIPLE DE ADMISIÓN DEL MOTOR
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
DIAGRAMA DE DIMENSIONES
POSICION Y CONEXION
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 3 de 3
170
EPN
CLIENTE:ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA
EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8
DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPISHCA
TRANSMISOR INDICADOR DE TEMPERTATURA
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
Hoja 1 de 3
HOJAS DE DATOS DEL TRANSMISOR INDICADOR DE TEMPERATURA
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
171
EPN
CLIENTE: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN
OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8 DE LA PLANTA
EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPHISCA
TRANSMISOR INDICADOR DE TEMPERTATURA
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
DIAGRAMA DE DIMENSIONES
DIAGRAMA DE CONEXIONES
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 3 de 3
172
EPN
CLIENTE:ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA
EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8
DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPISHCA
TRANSMISOR INDICADOR DE TEMPERTATURA
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
Identificación o Tag Nº
Función
Caja
Hoja 1 de 1
TIT-GEN-01
Registrador
Indicador
Transmisor
Otro: ..................................................
STD Proveed.
Controlador
Ciego
Tamaño nom. ...... Color: STD Proveed.
Otro: .............................................................................
Montaje
Clase de cierre
A ras
Superficie
Propósitos Gral.
Clas.: 1
GENERAL
Alimentación
Conexión eléctrica
Carta
Yugo
Otro: Bridado.
Intemperie
Div.: 2
220 V 50 Hz
Antiexplosivo
Grupo : D
24 VOLTS
Otro : ................
Otro : C.A......C.C.
½” MNPT
Rollo
Circular
Marcas horarias
Rango: .............
Otro: ................................................................................
Motor de carta
Escalas
TRANSMISOR
Transmisor
Velocidad:..................... Alimentación:...........................
Tipo: ................ ................. .........................
.................
Rango: 1 ............. 2 ................ 3..............
4...................
4-20 mA.
Otro: ................
Salida
Para recibidor ver especificación: ..................................
Servicio
Transmisor de Temperatura
Tipo de elemento
Material
Rango
Termopar
RTD Otro: ..........
Cuerpo: AºCº
Fijo
Elemento primario: AISI - 316
Rango ajustable:
SENSOR
Datos de proceso
Temperatura operativa 50 ºC
Presión
Conexión a proceso
Normal:
7 psig
½¨NPT
Ubicación: Debajo
Filtro regul.
Otro: A través de sello.
Atrás
Diafragma de sello
Diafragma: Conexión:
Capilar: Long.
Material: ........... Otro:
Proveedor y modelo
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Otro:
Manóm.aliment.
Cartas: ........
Obcionales
Max.: 50 psig
Rango de elemento: 0 a 125 psig
¼¨NPT
OBCIONAL
Calibrado: 0-300 ºC
Protección sobrepres.: ..
SMART TT301
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Manóm.sal.
Tipo: un Sello
173
CLIENTE:ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA
EPN
EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8
DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPISHCA
TRANSMISOR DE VIBRACION DEL GENERADOR
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
HOJAS DE DATOS DEL TRANSMISOR DE VIBRACIÓN
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 1 de 3
174
EPN
CLIENTE:ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA
EN OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8
DE LA PLANTA EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPHISCA
TRANSMISOR DE VIBRACION DEL GENERADOR
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
GENERAL
GENERAL
CONDICIÓN DE SERVICIO
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
Hoja 1 de 1
Identificación o Tag Nº
VT-GEN-01
Servicio
Sensor de vibración del motor
Cantidad
2
Cuerpo
Acero inoxidable
Rango de operación
0 a 50 mm/s
Salida
4 a 20 mA (dos hilos)
Conexión a proceso
1/4 NPT Macho
Material sello
1/2 NPT Macho
Conexión a conduit
-40 a 93 °C
temperatura de operación
Aprovado Clase I, Div. 2, Grps.
A,B,C,D
METRIX
Certificaciones
Fabricante
ST5484-153-012-21
No. Cat.
112
Elbow & reducer para conduit modelo: 8200-01 y bushing de
1" a 1/2"
40
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
175
EPN
CLIENTE: ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
LUGAR: ECUADOR
OBRA: INGENIERÍA, PROCURA, GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN
OPERACIÓN DEL SISTEMA BI-FUEL PARA EL GENERADOR Nº 8 DE LA PLANTA
EPF UBICADA EN LA ESTACIÓN TIPHISCA
TRANSMISOR DE VIBRACION DEL GENERADOR
Doc.: PROYECTO DE TITULACIÓN
Rev.: 0
Fecha: 2/19/09
DIMENSIONES
Carácter de emisión:
Revisó:
(Firma y aclaración)
Fecha:
Aprobó:
(Firma y aclaración)
Hoja 3 de 3
176
ANEXO III
HOJAS DEL ANÁLISIS CROMATOGRÁFICO DEL GAS DEL BLOQUE 27
177
178
179
180
181
182
183
184
185
ANEXO IV
DIAMETRO EXTERIOR Y PESO TEORICO DE TUBOS DE ACERO SEGUN
ASTM A-53
186